JP6246875B1 - Measuring device - Google Patents

Measuring device Download PDF

Info

Publication number
JP6246875B1
JP6246875B1 JP2016163220A JP2016163220A JP6246875B1 JP 6246875 B1 JP6246875 B1 JP 6246875B1 JP 2016163220 A JP2016163220 A JP 2016163220A JP 2016163220 A JP2016163220 A JP 2016163220A JP 6246875 B1 JP6246875 B1 JP 6246875B1
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
light
measurement
axis direction
predetermined
imaging
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2016163220A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2018031632A (en
Inventor
裕之 石垣
裕之 石垣
間宮 高弘
高弘 間宮
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
CKD Corp
Original Assignee
CKD Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority to JP2016163220A priority Critical patent/JP6246875B1/en
Application filed by CKD Corp filed Critical CKD Corp
Priority to KR1020197007220A priority patent/KR102021400B1/en
Priority to PCT/JP2017/015870 priority patent/WO2018037619A1/en
Priority to DE112017004212.7T priority patent/DE112017004212T5/en
Priority to CN201780050584.5A priority patent/CN109564089B/en
Priority to TW106116237A priority patent/TWI627383B/en
Application granted granted Critical
Publication of JP6246875B1 publication Critical patent/JP6246875B1/en
Publication of JP2018031632A publication Critical patent/JP2018031632A/en
Priority to US16/279,297 priority patent/US10495438B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01BMEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B9/00Measuring instruments characterised by the use of optical techniques
    • G01B9/02Interferometers
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01BMEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/02Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness
    • G01B11/026Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness by measuring distance between sensor and object
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01BMEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/02Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness
    • G01B11/06Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness for measuring thickness ; e.g. of sheet material
    • G01B11/0608Height gauges
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01BMEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/14Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring distance or clearance between spaced objects or spaced apertures
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01BMEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/24Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01BMEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/24Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures
    • G01B11/2441Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures using interferometry
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01BMEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/24Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures
    • G01B11/25Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures by projecting a pattern, e.g. one or more lines, moiré fringes on the object
    • G01B11/2545Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures by projecting a pattern, e.g. one or more lines, moiré fringes on the object with one projection direction and several detection directions, e.g. stereo
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/84Systems specially adapted for particular applications
    • G01N21/88Investigating the presence of flaws or contamination
    • G01N21/95Investigating the presence of flaws or contamination characterised by the material or shape of the object to be examined
    • G01N21/956Inspecting patterns on the surface of objects
    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06TIMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T1/00General purpose image data processing
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01BMEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B2290/00Aspects of interferometers not specifically covered by any group under G01B9/02
    • G01B2290/45Multiple detectors for detecting interferometer signals
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01BMEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B2290/00Aspects of interferometers not specifically covered by any group under G01B9/02
    • G01B2290/70Using polarization in the interferometer

Abstract

【課題】計測精度の向上を図ると共に、計測効率の向上を図ることのできる計測装置を提供する。【解決手段】計測装置1は、撮像系4A,4Bにより撮像し得られた干渉縞画像を基に、ワークWの所定の計測領域内に予め設定した一部のz位置調査領域について、z方向複数位置における複素振幅データを取得する。続いて、該複数通りの複素振幅データからz位置調査領域に係る複数通りの強度画像を取得し、該複数通りの強度画像を基にz位置調査領域のz方向における位置を決定する。そして、この位置における複素振幅データを計測領域全体について取得して、計測領域に係る三次元計測を実行する。【選択図】 図1A measuring apparatus capable of improving measurement accuracy and improving measurement efficiency. A measuring apparatus 1 performs z-direction on a part of z-position investigation areas preset in a predetermined measurement area of a workpiece W based on interference fringe images obtained by imaging systems 4A and 4B. Acquire complex amplitude data at a plurality of positions. Subsequently, a plurality of intensity images related to the z position survey region are acquired from the plurality of complex amplitude data, and a position in the z direction of the z position survey region is determined based on the plurality of intensity images. Then, complex amplitude data at this position is acquired for the entire measurement region, and three-dimensional measurement related to the measurement region is executed. [Selection] Figure 1

Description

本発明は、被計測物の形状を計測する計測装置に関するものである。   The present invention relates to a measuring device that measures the shape of an object to be measured.

従来、被計測物の形状を計測する計測装置として、干渉計を利用した計測装置が知られている(例えば、特許文献1参照)。中には、位相の異なる複数の干渉縞画像を基に位相シフト法により計測を行う計測装置などもある(例えば、特許文献2参照)。   Conventionally, a measuring device using an interferometer is known as a measuring device that measures the shape of an object to be measured (see, for example, Patent Document 1). Among them, there is a measurement device that performs measurement by a phase shift method based on a plurality of interference fringe images having different phases (see, for example, Patent Document 2).

しかしながら、被計測物を撮像手段の合焦範囲内に適切に設置しないと、焦点の合った精度の良い画像データを取得することができず、計測精度が低下するおそれがあった。   However, unless the object to be measured is properly placed within the in-focus range of the imaging means, it is not possible to acquire focused image data with high accuracy, and there is a concern that measurement accuracy may be reduced.

そのため、従来では、計測を開始する前に被計測物を合焦範囲内に設置する前処理等を精度よく行う必要があり、計測に要する時間が全体として長くなるおそれがあった。また、高さ計測の計測レンジが合焦範囲の制約を受けるおそれもあった。   For this reason, conventionally, it is necessary to accurately perform pre-processing and the like for placing the object to be measured within the in-focus range before starting the measurement, and there is a possibility that the time required for the measurement becomes longer as a whole. Moreover, there is a possibility that the measurement range of the height measurement is restricted by the focus range.

これに対し、近年では、焦点ぼけ収差を補正する機能を備えた干渉撮像装置なども見受けられる(例えば、特許文献3参照)。焦点ぼけ収差を補正することで、焦点ぼけの生じた画像データを演算処理により焦点の合った画像データに変換できるため、精度の良い画像データを取得することができる。結果として、計測精度の向上を図ることができる。   On the other hand, in recent years, an interference imaging apparatus or the like having a function of correcting the defocus aberration can be seen (see, for example, Patent Document 3). By correcting the defocus aberration, the image data in which the defocus is generated can be converted into the focused image data by the arithmetic processing, so that the image data with high accuracy can be acquired. As a result, measurement accuracy can be improved.

特開平8−219722号公報JP-A-8-219722 特開平11−337321号公報JP-A-11-337321 特表2016−504947号公報JP-T-2006-504947

しかしながら、特許文献3に係る従来技術では、被計測物が存在し得る光軸方向(高さ方向)所定範囲内の光軸方向複数位置についてそれぞれ収差補正画像を作成し、その中から焦点の合った画像を抽出する構成となっている。つまり、撮像手段により撮像し得られた画像全体について収差補正処理を行った収差補正画像を複数通り作成しなければならないため、処理負荷が極めて大きく、かかる処理に要する時間も長くなるおそれがあった。結果として、計測効率が著しく低下するおそれがあった。   However, in the prior art according to Patent Document 3, aberration-corrected images are respectively created for a plurality of positions in the optical axis direction within a predetermined range in the optical axis direction (height direction) where the object to be measured can exist, and the focus is adjusted from the images. The image is extracted. That is, since it is necessary to create a plurality of aberration-corrected images obtained by performing the aberration correction process on the entire image obtained by the imaging unit, the processing load is extremely large, and the time required for the process may be increased. . As a result, the measurement efficiency may be significantly reduced.

本発明は、上記事情等に鑑みてなされたものであり、その目的は、計測精度の向上を図ると共に、計測効率の向上を図ることのできる計測装置を提供することにある。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide a measuring apparatus capable of improving measurement accuracy and improving measurement efficiency.

以下、上記課題を解決するのに適した各手段につき項分けして説明する。なお、必要に応じて対応する手段に特有の作用効果を付記する。   Hereinafter, each means suitable for solving the above-described problem will be described separately. In addition, the effect specific to the means to respond | corresponds as needed is added.

手段1.入射する所定の光を2つの光に分割し、一方の光を計測光として被計測物(例えばウエハ基板)に照射可能としかつ他方の光を参照光として参照面に照射可能とすると共に、これらを再び合成して出射可能な所定の光学系(特定光学系)と、
前記所定の光学系に対し入射させる所定の光を出射可能な照射手段と、
前記所定の光学系から出射される出力光を撮像可能な撮像手段と、
前記撮像手段により撮像し得られた干渉縞画像を基に前記被計測物の所定の計測領域(被計測物の全域又はその一部)に係る計測を実行可能な画像処理手段とを備えた計測装置であって、
前記画像処理手段は、
前記撮像手段により撮像し得られた干渉縞画像を基に、前記計測領域内に予め設定した一部の特定領域について、光軸方向所定位置における複素振幅データを少なくとも光軸方向所定範囲内における所定間隔ごとに複数通り取得する第1データ取得手段と、
前記第1データ取得手段により取得された前記特定領域に係る前記所定間隔ごとの複数通りの複素振幅データから前記特定領域に係る前記所定間隔ごとの複数通りの強度(輝度)画像を取得する画像取得手段と、
前記画像取得手段により取得された前記複数通りの強度画像を基に、光軸方向における所定の位置(例えば最も焦点の合う強度画像が得られた位置)を決定する位置決定手段と、
前記位置決定手段により決定された位置における複素振幅データを前記計測領域全体について取得する第2データ取得手段と、
前記第2データ取得手段により取得された複素振幅データを基に前記計測領域に係る計測を実行する計測実行手段とを備えていることを特徴とする計測装置。
Means 1. The incident predetermined light is divided into two lights, one light can be irradiated as a measurement light to an object to be measured (for example, a wafer substrate), and the other light can be irradiated as a reference light to a reference surface. A predetermined optical system (specific optical system) that can be synthesized and emitted again,
Irradiating means capable of emitting predetermined light incident on the predetermined optical system;
Imaging means capable of imaging output light emitted from the predetermined optical system;
Measurement provided with image processing means capable of performing measurement according to a predetermined measurement region (entire area of the measurement object or a part thereof) based on the interference fringe image obtained by the imaging means A device,
The image processing means includes
Based on the interference fringe image obtained by the imaging means, the complex amplitude data at a predetermined position in the optical axis direction is determined at least within a predetermined range in the optical axis direction for a specific area preset in the measurement area. First data acquisition means for acquiring a plurality of data for each interval;
Image acquisition for acquiring a plurality of intensity (luminance) images for each predetermined interval for the specific region from a plurality of complex amplitude data for the predetermined region for the specific region acquired by the first data acquisition unit. Means,
Position determining means for determining a predetermined position in the optical axis direction (for example, the position where the most focused intensity image is obtained) based on the plurality of intensity images acquired by the image acquiring means;
Second data acquisition means for acquiring complex amplitude data at the position determined by the position determination means for the entire measurement region;
A measurement apparatus comprising: a measurement execution unit that executes measurement related to the measurement region based on the complex amplitude data acquired by the second data acquisition unit.

尚、「所定の光学系」には、「参照光及び計測光を内部で干渉させた上で干渉光として出力する光学系」のみならず、「参照光及び計測光を内部で干渉させることなく、単に合成光として出力する光学系」も含まれる。但し、「所定の光学系」から出力される「出力光」が「合成光」の場合には、「干渉縞画像」を撮像するために、少なくとも「撮像手段」により撮像される前段階において、所定の干渉手段を介して「干渉光」に変換することとなる。   In addition, the “predetermined optical system” includes not only “an optical system that outputs interference light after interfering the reference light and the measurement light” but also “the reference light and the measurement light without causing interference inside. Also, an “optical system that simply outputs as synthesized light” is included. However, when the “output light” output from the “predetermined optical system” is “combined light”, in order to capture the “interference fringe image”, at least before the imaging is performed by the “imaging unit”, The light is converted into “interference light” via a predetermined interference means.

つまり、光の干渉を生じさせること(干渉縞画像を撮像すること)を目的として、入射する所定の光を2つの光に分割し、一方の光を計測光として被計測物に照射可能としかつ他方の光を参照光として参照面に照射可能とすると共に、これらを再び合成して出射可能な光学系を「干渉光学系」と称することができる。従って、上記手段1において(以下の各手段においても同様)、「所定の光学系(特定光学系)」を「干渉光学系」と換言してもよい。   That is, for the purpose of causing interference of light (taking an interference fringe image), the incident predetermined light is divided into two lights, and one of the lights can be irradiated to the object to be measured as measurement light, and An optical system that can irradiate the reference surface with the other light as a reference light and that can synthesize and emit the light again can be referred to as an “interference optical system”. Therefore, in the above means 1 (the same applies to each of the following means), “predetermined optical system (specific optical system)” may be rephrased as “interference optical system”.

上記手段1によれば、まず最初に計測領域全体ではなく、計測領域内に予め設定した一部の特定領域(限られた狭い範囲)についてのみ、光軸方向複数位置における複素振幅データを取得し、これを基に被計測物(特定領域)に焦点の合う最適な位置をサーチして決定する。その後、かかる位置における計測領域全体ついての複素振幅データを取得して、該計測領域に係る計測を行う。   According to the means 1, first, complex amplitude data at a plurality of positions in the optical axis direction is acquired not for the entire measurement region but only for a specific region (a limited narrow range) preset in the measurement region. Based on this, an optimum position that focuses on the object to be measured (specific area) is searched and determined. Thereafter, complex amplitude data for the entire measurement region at the position is acquired, and measurement related to the measurement region is performed.

これにより、計測領域に係る計測を行う上で必要なデータを取得するための処理にかかる負荷を軽減すると共に、該処理に要する時間を短縮することができる。結果として、計測精度の向上を図ると共に、計測効率の向上を図ることができる。   As a result, it is possible to reduce the load required for processing for acquiring data necessary for performing measurement related to the measurement region, and it is possible to reduce the time required for the processing. As a result, measurement accuracy can be improved and measurement efficiency can be improved.

尚、上記「所定間隔」としては、例えば光軸方向における「合焦範囲」や「計測レンジ」の間隔などが挙げられる。   Examples of the “predetermined interval” include an interval of “focus range” and “measurement range” in the optical axis direction.

手段2.前記位置決定手段は、前記画像取得手段により取得された前記複数通りの強度画像を基に、前記特定領域の光軸方向位置を決定することを特徴とする手段1に記載の計測装置。   Mean 2. 2. The measuring apparatus according to claim 1, wherein the position determining unit determines a position in the optical axis direction of the specific region based on the plurality of intensity images acquired by the image acquiring unit.

上記手段2によれば、被計測物(特定領域)の光軸方向における位置(高さ方向位置)を特定し、かかる位置における計測領域全体の複素振幅データを取得して計測を行う構成となる。これにより、単に所定間隔ごとに複数通り取得した複素振幅データの中から最適なデータを抽出するだけの構成に比べて、被計測物(特定領域)に焦点の合ったより最適で精度の良いデータを取得することができる。結果として、さらなる計測精度の向上を図ることができる。   According to the means 2, the position (height direction position) in the optical axis direction of the object to be measured (specific area) is specified, and the complex amplitude data of the entire measurement area at the position is acquired and measured. . As a result, more optimal and accurate data focused on the object to be measured (specific region) can be obtained compared to a configuration in which only optimal data is extracted from complex amplitude data acquired at a plurality of predetermined intervals. Can be acquired. As a result, the measurement accuracy can be further improved.

手段3.前記特定領域は、前記計測領域に係る光軸方向の計測を行う際に基準となる領域であることを特徴とする手段2に記載の計測装置。   Means 3. The measuring apparatus according to claim 2, wherein the specific region is a region serving as a reference when performing measurement in the optical axis direction related to the measurement region.

上記手段3によれば、計測基準となる特定領域に焦点の合ったより最適で精度の良いデータの下で計測を行うことができ、さらなる計測精度の向上を図ることができる。   According to the means 3, it is possible to perform measurement under more optimal and accurate data focused on a specific area serving as a measurement reference, and to further improve measurement accuracy.

手段4.前記特定領域が複数箇所に設定されていることを特徴とする手段1乃至3のいずれかに記載の計測装置。   Means 4. 4. The measuring apparatus according to claim 1, wherein the specific area is set at a plurality of locations.

上記手段4によれば、特定領域が複数あることで、計測領域全体の複素振幅データを取得すべき、より最適な位置を見付けやすくなる。   According to the means 4, since there are a plurality of specific regions, it is easy to find a more optimal position where the complex amplitude data of the entire measurement region should be acquired.

また、例えば被計測物が反っていたり、傾いた状態となっている等して、計測領域に高低差が生じているような場合、仮に前記特定領域が1箇所しか設定されていないと、計測領域全体に焦点の合ったデータを取得できないおそれがある。   In addition, for example, when there is a height difference in the measurement area because the object to be measured is warped or tilted, the measurement is performed if only one specific area is set. There is a possibility that data focused on the entire area cannot be acquired.

これに対し、本手段のように特定領域が複数あることで、複数の特定領域ごとに上記手段1に係る一連の処理を実行することができ、全体として計測領域全体に焦点の合ったデータを取得することが可能となる。例えば計測領域のうち第1の領域については、光軸方向における第1位置におけるデータを用い、第2の領域については、光軸方向における第2位置におけるデータを用いることにより、計測領域全体に焦点の合ったデータを取得することが可能となる。   On the other hand, since there are a plurality of specific areas as in this means, a series of processes according to the above means 1 can be executed for each of the plurality of specific areas, and the data focused on the entire measurement area as a whole can be obtained. It can be acquired. For example, for the first area of the measurement area, the data at the first position in the optical axis direction is used, and for the second area, the data at the second position in the optical axis direction is used, thereby focusing on the entire measurement area. It is possible to acquire data that matches.

手段5.前記参照光と前記計測光との間に相対的な位相差を付与する位相シフト手段を備え、
前記画像処理手段は、
前記位相シフト手段により複数通り(例えば3又は4通り)に位相シフトされた前記出力光を前記撮像手段により撮像し得られた複数通りの干渉縞画像を基に、前記被計測物の所定の計測領域に係る計測を実行可能に構成されていることを特徴とする手段1乃至4のいずれかに記載の計測装置。
Means 5. Phase shift means for providing a relative phase difference between the reference light and the measurement light;
The image processing means includes
Predetermined measurement of the object to be measured based on a plurality of interference fringe images obtained by imaging the output light phase-shifted in a plurality of ways (for example, 3 or 4) by the phase-shift means. The measurement apparatus according to any one of means 1 to 4, wherein the measurement apparatus is configured to be able to execute measurement relating to a region.

手段6.前記照射手段は、
前記所定の光学系に対し入射させる、第1波長の偏光を含む第1光を出射可能な第1照射手段と、
前記所定の光学系に対し入射させる、第2波長の偏光を含む第2光を出射可能な第2照射手段とを備え、
前記撮像手段は、
前記所定の光学系に対し前記第1光を入射することにより前記所定の光学系から出射される前記第1光に係る出力光を撮像可能な第1撮像手段と、
前記所定の光学系に対し前記第2光を入射することにより前記所定の光学系から出射される前記第2光に係る出力光を撮像可能な第2撮像手段とを備えたことを特徴とする手段1乃至5のいずれかに記載の計測装置。
Means 6. The irradiation means includes
First irradiating means capable of emitting first light including polarized light having a first wavelength, which is incident on the predetermined optical system;
A second irradiating means capable of emitting second light including polarized light of a second wavelength that is incident on the predetermined optical system;
The imaging means includes
First imaging means capable of imaging output light related to the first light emitted from the predetermined optical system by making the first light incident on the predetermined optical system;
And second imaging means capable of imaging the output light related to the second light emitted from the predetermined optical system when the second light is incident on the predetermined optical system. The measuring device according to any one of means 1 to 5.

上記手段6のように、波長の異なる2種類の光を利用すれば、計測レンジを広げることができる。ひいては、第1データ取得手段が計測レンジ間隔で特定領域に係る複素振幅データを取得する場合に、処理負担の軽減を図ることができる。   If two types of light having different wavelengths are used as in the above means 6, the measurement range can be expanded. As a result, when the first data acquisition unit acquires complex amplitude data related to a specific region at measurement range intervals, the processing load can be reduced.

尚、「第1照射手段」から照射される「第1光」は、少なくとも「第1波長の偏光(第1偏光)」を含んだ光であればよく、その後「所定の光学系」においてカットされる他の余分な成分を含んだ光(例えば「無偏光」や「円偏光」)であってもよい。   The “first light” emitted from the “first irradiating means” may be light including at least “polarized light of the first wavelength (first polarized light)”, and then cut in the “predetermined optical system”. It may be light including other extra components (for example, “non-polarized light” or “circularly polarized light”).

同様に、「第2照射手段」から照射される「第2光」は、少なくとも「第2波長の偏光(第2偏光)」を含んだ光であればよく、その後「所定の光学系」においてカットされる他の余分な成分を含んだ光(例えば「無偏光」や「円偏光」)であってもよい。   Similarly, the “second light” emitted from the “second irradiation means” may be light including at least “polarized light of the second wavelength (second polarized light)”, and then in the “predetermined optical system”. It may be light (for example, “non-polarized light” or “circularly polarized light”) including other extra components to be cut.

また、「所定の光学系(特定光学系)」から出力される「第1光に係る出力光」には「第1光に係る参照光及び計測光の合成光、又は、該合成光を干渉させた干渉光」が含まれ、「第2光に係る出力光」には「第2光に係る参照光及び計測光の合成光、又は、該合成光を干渉させた干渉光」が含まれる。   Further, the “output light related to the first light” output from the “predetermined optical system (specific optical system)” “the combined light of the reference light and the measurement light related to the first light, or the combined light interferes. "The output light related to the second light" includes "the combined light of the reference light and the measurement light related to the second light, or the interference light obtained by interfering with the combined light" .

手段7.前記被計測物は、バンプが形成されたウエハ基板であることを特徴とする手段1乃至6のいずれかに記載の計測装置。   Mean 7 7. The measuring apparatus according to claim 1, wherein the object to be measured is a wafer substrate on which bumps are formed.

上記手段7によれば、ウエハ基板に形成されたバンプの計測を行うことができる。ひいては、バンプの検査において、その計測値に基づいてバンプの良否判定を行うことができる。従って、かかる検査において、上記各手段の作用効果が奏されることとなり、精度よく良否判定を行うことができる。結果として、バンプ検査装置における検査精度及び検査効率の向上を図ることができる。   According to the means 7, the bumps formed on the wafer substrate can be measured. As a result, in the bump inspection, it is possible to determine the quality of the bump based on the measured value. Therefore, in such an inspection, the effect of each means described above is exhibited, and the quality determination can be performed with high accuracy. As a result, it is possible to improve inspection accuracy and inspection efficiency in the bump inspection apparatus.

計測装置の概略構成図である。It is a schematic block diagram of a measuring device. 計測装置の電気的構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the electric constitution of a measuring device. 第1光の光路を示す光路図である。It is an optical path figure which shows the optical path of 1st light. 第2光の光路を示す光路図である。It is an optical path figure which shows the optical path of 2nd light. 計測処理の流れを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the flow of a measurement process. ワークと撮像素子との位置関係などを説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating the positional relationship etc. of a workpiece | work and an image pick-up element. ワークと撮像素子との位置関係などを説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating the positional relationship etc. of a workpiece | work and an image pick-up element. バンプの形成されたウエハ基板を示す側面模式図である。It is a side surface schematic diagram which shows the wafer substrate in which the bump was formed. バンプの三次元計測について説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating the three-dimensional measurement of a bump. バンプの二次元計測について説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating the two-dimensional measurement of a bump.

以下、計測装置の一実施形態について図面を参照しつつ説明する。図1は本実施形態に係る計測装置1の概略構成を示す模式図であり、図2は計測装置1の電気的構成を示すブロック図である。以下、便宜上、図1の紙面前後方向を「X軸方向」とし、紙面上下方向を「Y軸方向」とし、紙面左右方向を「Z軸方向」として説明する。   Hereinafter, an embodiment of a measuring apparatus will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a schematic configuration of a measurement apparatus 1 according to the present embodiment, and FIG. 2 is a block diagram illustrating an electrical configuration of the measurement apparatus 1. In the following, for the sake of convenience, the front-rear direction in FIG. 1 will be referred to as the “X-axis direction”, the vertical direction in the paper will be referred to as the “Y-axis direction”, and the left-right direction in FIG.

計測装置1は、マイケルソン干渉計の原理に基づき構成されたものであり、特定波長の光を出力可能な照射手段としての2つの投光系2A,2B(第1投光系2A,第2投光系2B)と、該投光系2A,2Bからそれぞれ出射される光が入射される干渉光学系3と、該干渉光学系3から出射される光を撮像可能な撮像手段としての2つの撮像系4A,4B(第1撮像系4A,第2撮像系4B)と、投光系2A,2Bや干渉光学系3、撮像系4A,4Bなどに係る各種制御や画像処理、演算処理等を行う制御装置5とを備えている。   The measuring apparatus 1 is configured based on the principle of a Michelson interferometer, and includes two light projecting systems 2A and 2B (first light projecting system 2A and second light projecting system 2) as irradiation means capable of outputting light of a specific wavelength. A light projecting system 2B), an interference optical system 3 into which the light emitted from each of the light projecting systems 2A and 2B is incident, and two imaging means capable of imaging the light emitted from the interference optical system 3. Various types of control, image processing, arithmetic processing, and the like related to the imaging systems 4A, 4B (first imaging system 4A, second imaging system 4B), light projection systems 2A, 2B, interference optical system 3, imaging systems 4A, 4B, etc. And a control device 5 for performing the operation.

ここで、「制御装置5」が本実施形態における「画像処理手段」を構成し、「干渉光学系3」が本実施形態における「所定の光学系(特定光学系)」を構成する。尚、本実施形態においては、光の干渉を生じさせること(干渉縞画像を撮像すること)を目的として、入射する所定の光を2つの光(計測光及び参照光)に分割し、該2つの光に光路差を生じさせた上で、再度合成して出力する光学系を「干渉光学系」という。つまり、2つの光を内部で干渉させた上で干渉光として出力する光学系のみならず、2つの光を内部で干渉させることなく、単に合成光として出力する光学系についても「干渉光学系」と称している。従って、本実施形態にて後述するように、「干渉光学系」から、2つの光(計測光及び参照光)が干渉することなく合成光として出力される場合には、少なくとも撮像される前段階(例えば撮像系の内部など)において、所定の干渉手段を介して干渉光を得ることとなる。   Here, “control device 5” constitutes “image processing means” in the present embodiment, and “interference optical system 3” constitutes “a predetermined optical system (specific optical system)” in the present embodiment. In the present embodiment, for the purpose of causing light interference (taking an interference fringe image), the incident predetermined light is divided into two lights (measurement light and reference light), and the 2 An optical system that generates an optical path difference between two lights and then combines and outputs the light again is called an “interference optical system”. In other words, not only an optical system that causes two lights to interfere with each other and then outputs the light as interference light, but also an optical system that outputs only the combined light without causing the two lights to interfere with each other inside. It is called. Therefore, as will be described later in this embodiment, when two lights (measurement light and reference light) are output as combined light without interference from the “interference optical system”, at least a stage before imaging. Interference light is obtained through predetermined interference means (for example, inside the imaging system).

まず、2つの投光系2A,2B(第1投光系2A,第2投光系2B)の構成について詳しく説明する。第1投光系2Aは、第1発光部11A、第1光アイソレータ12A、第1無偏光ビームスプリッタ13Aなどを備えている。ここで「第1発光部11A」が本実施形態における「第1照射手段」を構成する。   First, the configuration of the two light projecting systems 2A and 2B (first light projecting system 2A and second light projecting system 2B) will be described in detail. The first light projecting system 2A includes a first light emitting unit 11A, a first optical isolator 12A, a first non-polarizing beam splitter 13A, and the like. Here, the “first light emitting unit 11A” constitutes the “first irradiation unit” in the present embodiment.

図示は省略するが、第1発光部11Aは、特定波長λ1の直線偏光を出力可能なレーザ光源や、該レーザ光源から出力される直線偏光を拡大し平行光として出射するビームエキスパンダ、強度調整を行うための偏光板、偏光方向を調整するための1/2波長板などを備えている。 Although not shown, the first light emitting portion 11A includes a beam expander which emits linearly polarized light having a specific wavelength lambda 1 laser light source and capable of outputting, as an enlarged linearly polarized light output from the laser light source parallel light, the intensity A polarizing plate for adjustment, a half-wave plate for adjusting the polarization direction, and the like are provided.

かかる構成の下、本実施形態では、第1発光部11Aから、X軸方向及びY軸方向に対し45°傾斜した方向を偏光方向とする波長λ1(例えばλ1=1500nm)の直線偏光がZ軸方向左向きに出射される。ここで「波長λ1」が本実施形態における「第1波長」に相当する。以降、第1発光部11Aから出射される波長λ1の光を「第1光」という。 Under this configuration, in the present embodiment, linearly polarized light having a wavelength λ 1 (for example, λ 1 = 1500 nm) having a polarization direction in a direction inclined by 45 ° with respect to the X-axis direction and the Y-axis direction is emitted from the first light emitting unit 11A. The light is emitted leftward in the Z-axis direction. Here, “wavelength λ 1 ” corresponds to “first wavelength” in the present embodiment. Hereinafter, the light of wavelength λ 1 emitted from the first light emitting unit 11A is referred to as “first light”.

第1光アイソレータ12Aは、一方向(本実施形態ではZ軸方向左向き)に進む光のみを透過し逆方向(本実施形態ではZ軸方向右向き)の光を遮断する光学素子である。これにより、第1発光部11Aから出射された第1光のみを透過することとなり、戻り光による第1発光部11Aの損傷や不安定化などを防止することができる。   The first optical isolator 12A is an optical element that transmits only light traveling in one direction (leftward in the Z-axis direction in the present embodiment) and blocks light in the reverse direction (rightward in the Z-axis direction in the present embodiment). Thereby, only the 1st light radiate | emitted from 11 A of 1st light emission parts will be permeate | transmitted, and the damage, destabilization, etc. of 1st light emission part 11A by a return light can be prevented.

第1無偏光ビームスプリッタ13Aは、直角プリズム(直角二等辺三角形を底面とする三角柱状のプリズム。以下同様。)を貼り合せて一体としたキューブ型の公知の光学部材であって、その接合面13Ahには例えば金属膜などのコーティングが施されている。「第1無偏光ビームスプリッタ13A」が本実施形態における「第1導光手段」を構成する。   The first non-polarizing beam splitter 13A is a known cube-shaped optical member in which a right-angle prism (triangular prism having a right-angled isosceles triangle as a bottom surface; the same shall apply hereinafter) is bonded and integrated. 13Ah is coated with a metal film, for example. The “first non-polarizing beam splitter 13A” constitutes the “first light guiding unit” in the present embodiment.

以下同様であるが、無偏光ビームスプリッタは、偏光状態も含め、入射光を所定の比率で透過光と反射光とに分割するものである。本実施形態では、1:1の分割比を持った所謂ハーフミラーを採用している。つまり、透過光のP偏光成分及びS偏光成分、並びに、反射光のP偏光成分及びS偏光成分が全て同じ比率で分割されると共に、透過光と反射光の各偏光状態は入射光の偏光状態と同じとなる。   The same applies hereinafter, but the non-polarizing beam splitter divides incident light into transmitted light and reflected light at a predetermined ratio including the polarization state. In the present embodiment, a so-called half mirror having a division ratio of 1: 1 is employed. That is, the P-polarized component and S-polarized component of the transmitted light, and the P-polarized component and S-polarized component of the reflected light are all divided at the same ratio, and the polarization states of the transmitted light and reflected light are the polarization states of the incident light. Will be the same.

尚、本実施形態では、図1の紙面に平行な方向(Y軸方向又はZ軸方向)を偏光方向とする直線偏光をP偏光(P偏光成分)といい、図1の紙面に垂直なX軸方向を偏光方向とする直線偏光をS偏光(S偏光成分)という。   In this embodiment, linearly polarized light having a polarization direction in a direction parallel to the paper surface of FIG. 1 (Y-axis direction or Z-axis direction) is called P-polarized light (P-polarized light component), and X perpendicular to the paper surface of FIG. Linearly polarized light whose axial direction is the polarization direction is called S-polarized light (S-polarized light component).

また、第1無偏光ビームスプリッタ13Aは、その接合面13Ahを挟んで隣り合う2面のうちの一方がY軸方向と直交しかつ他方がZ軸方向と直交するように配置されている。つまり、第1無偏光ビームスプリッタ13Aの接合面13AhがY軸方向及びZ軸方向に対し45°傾斜するように配置されている。より詳しくは、第1光アイソレータ12Aを介して、第1発光部11AからZ軸方向左向きに入射する第1光の一部(半分)をZ軸方向左向きに透過させ、残り(半分)をY軸方向下向きに反射させるように配置されている。   Further, the first non-polarizing beam splitter 13A is arranged so that one of two surfaces adjacent to each other across the joint surface 13Ah is orthogonal to the Y-axis direction and the other is orthogonal to the Z-axis direction. That is, the joint surface 13Ah of the first non-polarizing beam splitter 13A is disposed so as to be inclined by 45 ° with respect to the Y-axis direction and the Z-axis direction. More specifically, a part (half) of the first light incident to the left in the Z-axis direction from the first light emitting unit 11A is transmitted to the left in the Z-axis direction through the first optical isolator 12A, and the remaining (half) is transmitted in the Y direction. It arrange | positions so that it may reflect in an axial direction downward.

第2投光系2Bは、上記第1投光系2Aと同様、第2発光部11B、第2光アイソレータ12B、第2無偏光ビームスプリッタ13Bなどを備えている。ここで「第2発光部11B」が本実施形態における「第2照射手段」を構成する。   Similar to the first light projecting system 2A, the second light projecting system 2B includes a second light emitting unit 11B, a second optical isolator 12B, a second non-polarizing beam splitter 13B, and the like. Here, the “second light emitting unit 11B” constitutes the “second irradiation unit” in the present embodiment.

第2発光部11Bは、上記第1発光部11Aと同様、特定波長λ2の直線偏光を出力可能なレーザ光源や、該レーザ光源から出力される直線偏光を拡大し平行光として出射するビームエキスパンダ、強度調整を行うための偏光板、偏光方向を調整するための1/2波長板などを備えている。 Similarly to the first light emitting unit 11A, the second light emitting unit 11B is a laser light source capable of outputting linearly polarized light having a specific wavelength λ 2 or a beam extract that expands the linearly polarized light output from the laser light source and emits it as parallel light. A panda, a polarizing plate for adjusting the intensity, a half-wave plate for adjusting the polarization direction, and the like are provided.

かかる構成の下、本実施形態では、第2発光部11Bから、X軸方向及びZ軸方向に対し45°傾斜した方向を偏光方向とする波長λ2(例えばλ2=1503nm)の直線偏光がY軸方向上向きに出射される。ここで「波長λ2」が本実施形態における「第2波長」に相当する。以降、第2発光部11Bから出射される波長λ2の光を「第2光」という。 Under this configuration, in the present embodiment, linearly polarized light having a wavelength λ 2 (for example, λ 2 = 1503 nm) having a polarization direction in a direction inclined by 45 ° with respect to the X-axis direction and the Z-axis direction is emitted from the second light emitting unit 11B. The light is emitted upward in the Y-axis direction. Here, “wavelength λ 2 ” corresponds to “second wavelength” in the present embodiment. Hereinafter, the light having the wavelength λ 2 emitted from the second light emitting unit 11B is referred to as “second light”.

第2光アイソレータ12Bは、第1光アイソレータ12Aと同様、一方向(本実施形態ではY軸方向上向き)に進む光のみを透過し逆方向(本実施形態ではY軸方向下向き)の光を遮断する光学素子である。これにより、第2発光部11Bから出射された第2光のみを透過することとなり、戻り光による第2発光部11Bの損傷や不安定化などを防止することができる。   Similar to the first optical isolator 12A, the second optical isolator 12B transmits only light traveling in one direction (upward in the Y-axis direction in this embodiment) and blocks light in the reverse direction (downward in the Y-axis direction in this embodiment). It is an optical element. Thereby, only the 2nd light radiate | emitted from the 2nd light emission part 11B will be permeate | transmitted, and the damage, destabilization, etc. of the 2nd light emission part 11B by a return light can be prevented.

第2無偏光ビームスプリッタ13Bは、第1無偏光ビームスプリッタ13Aと同様、直角プリズムを貼り合せて一体としたキューブ型の公知の光学部材であって、その接合面13Bhには例えば金属膜などのコーティングが施されている。「第2無偏光ビームスプリッタ13B」が本実施形態における「第2導光手段」を構成する。   Similar to the first non-polarizing beam splitter 13A, the second non-polarizing beam splitter 13B is a known cube-shaped optical member in which right-angle prisms are bonded together, and the joint surface 13Bh is made of a metal film or the like, for example. Coating is applied. The “second non-polarizing beam splitter 13B” constitutes the “second light guiding unit” in the present embodiment.

また、第2無偏光ビームスプリッタ13Bは、その接合面13Bhを挟んで隣り合う2面のうちの一方がY軸方向と直交しかつ他方がZ軸方向と直交するように配置されている。つまり、第2無偏光ビームスプリッタ13Bの接合面13BhがY軸方向及びZ軸方向に対し45°傾斜するように配置されている。より詳しくは、第2光アイソレータ12Bを介して、第2発光部11BからY軸方向上向きに入射する第2光の一部(半分)をY軸方向上向きに透過させ、残り(半分)をZ軸方向右向きに反射させるように配置されている。   The second non-polarizing beam splitter 13B is arranged so that one of two surfaces adjacent to each other across the joint surface 13Bh is orthogonal to the Y-axis direction and the other is orthogonal to the Z-axis direction. That is, the joint surface 13Bh of the second non-polarizing beam splitter 13B is arranged to be inclined by 45 ° with respect to the Y-axis direction and the Z-axis direction. More specifically, a part (half) of the second light incident upward from the second light emitting unit 11B through the second optical isolator 12B is transmitted upward in the Y-axis direction, and the remaining (half) is transmitted through Z. It arrange | positions so that it may reflect in the axial direction rightward.

次に干渉光学系3の構成について詳しく説明する。干渉光学系3は、偏光ビームスプリッタ(PBS)20、1/4波長板21,22、参照面23、設置部24などを備えている。   Next, the configuration of the interference optical system 3 will be described in detail. The interference optical system 3 includes a polarizing beam splitter (PBS) 20, quarter wave plates 21, 22, a reference surface 23, an installation unit 24, and the like.

偏光ビームスプリッタ20は、直角プリズムを貼り合せて一体としたキューブ型の公知の光学部材であって、その接合面(境界面)20hには例えば誘電体多層膜などのコーティングが施されている。   The polarization beam splitter 20 is a known cube-type optical member in which right-angle prisms are bonded together, and a coating such as a dielectric multilayer film is applied to the joint surface (boundary surface) 20h.

偏光ビームスプリッタ20は、入射される直線偏光を偏光方向が互いに直交する2つの偏光成分(P偏光成分とS偏光成分)に分割するものである。本実施形態における偏光ビームスプリッタ20は、P偏光成分を透過させ、S偏光成分を反射する構成となっている。   The polarization beam splitter 20 divides incident linearly polarized light into two polarization components (P polarization component and S polarization component) whose polarization directions are orthogonal to each other. The polarization beam splitter 20 in the present embodiment is configured to transmit the P-polarized component and reflect the S-polarized component.

偏光ビームスプリッタ20は、その接合面20hを挟んで隣り合う2面のうちの一方がY軸方向と直交しかつ他方がZ軸方向と直交するように配置されている。つまり、偏光ビームスプリッタ20の接合面20hがY軸方向及びZ軸方向に対し45°傾斜するように配置されている。   The polarizing beam splitter 20 is disposed so that one of two surfaces adjacent to each other with the joint surface 20h interposed therebetween is orthogonal to the Y-axis direction and the other is orthogonal to the Z-axis direction. That is, the joining surface 20h of the polarizing beam splitter 20 is disposed so as to be inclined by 45 ° with respect to the Y-axis direction and the Z-axis direction.

より詳しくは、上記第1無偏光ビームスプリッタ13AからY軸方向下向きに反射した第1光が入射する偏光ビームスプリッタ20の第1面(Y軸方向上側面)20a、並びに、該第1面20aと相対向する第3面(Y軸方向下側面)20cがY軸方向と直交するように配置されている。「偏光ビームスプリッタ20の第1面20a」が本実施形態における「第1入出力部」に相当する。   More specifically, the first surface 20a of the polarizing beam splitter 20 on which the first light reflected downward from the first non-polarizing beam splitter 13A enters the Y-axis direction (upper side surface in the Y-axis direction) 20a, and the first surface 20a. The third surface (Y-axis direction lower side surface) 20c opposite to each other is arranged so as to be orthogonal to the Y-axis direction. The “first surface 20a of the polarization beam splitter 20” corresponds to the “first input / output unit” in the present embodiment.

一方、第1面20aと接合面20hを挟んで隣り合う面であって、上記第2無偏光ビームスプリッタ13BからZ軸方向右向きに反射した第2光が入射する偏光ビームスプリッタ20の第2面(Z軸方向左側面)20b、並びに、該第2面20bと相対向する第4面(Z軸方向右側面)20dがZ軸方向と直交するように配置されている。「偏光ビームスプリッタ20の第2面20b」が本実施形態における「第2入出力部」に相当する。   On the other hand, the second surface of the polarizing beam splitter 20 that is adjacent to the first surface 20a and the bonding surface 20h and receives the second light reflected rightward in the Z-axis direction from the second non-polarizing beam splitter 13B. (Z-axis direction left side surface) 20b and a fourth surface (Z-axis direction right side surface) 20d opposite to the second surface 20b are arranged to be orthogonal to the Z-axis direction. The “second surface 20b of the polarization beam splitter 20” corresponds to the “second input / output unit” in the present embodiment.

また、偏光ビームスプリッタ20の第3面20cとY軸方向に相対向するように1/4波長板21が配置され、該1/4波長板21とY軸方向に相対向するように参照面23が配置されている。   A quarter-wave plate 21 is disposed so as to face the third surface 20c of the polarization beam splitter 20 in the Y-axis direction, and the reference surface faces the quarter-wave plate 21 in the Y-axis direction. 23 is arranged.

1/4波長板21は、直線偏光を円偏光に変換しかつ円偏光を直線偏光に変換する機能を有する。つまり、偏光ビームスプリッタ20の第3面20cから出射される直線偏光(参照光)は1/4波長板21を介して円偏光に変換された上で参照面23に対し照射される。また、参照面23で反射した参照光は、再度、1/4波長板21を介して円偏光から直線偏光に変換された上で偏光ビームスプリッタ20の第3面20cに入射する。   The quarter-wave plate 21 has a function of converting linearly polarized light into circularly polarized light and converting circularly polarized light into linearly polarized light. That is, linearly polarized light (reference light) emitted from the third surface 20 c of the polarization beam splitter 20 is converted into circularly polarized light via the quarter wavelength plate 21 and then irradiated to the reference surface 23. The reference light reflected by the reference surface 23 is again converted from circularly polarized light into linearly polarized light through the quarter wavelength plate 21 and then enters the third surface 20 c of the polarizing beam splitter 20.

一方、偏光ビームスプリッタ20の第4面20dとZ軸方向に相対向するように1/4波長板22が配置され、該1/4波長板22とZ軸方向に相対向するように設置部24が配置されている。   On the other hand, a quarter-wave plate 22 is disposed so as to face the fourth surface 20d of the polarization beam splitter 20 in the Z-axis direction, and the installation portion so as to face the quarter-wave plate 22 in the Z-axis direction. 24 is arranged.

1/4波長板22は、直線偏光を円偏光に変換しかつ円偏光を直線偏光に変換する機能を有する。つまり、偏光ビームスプリッタ20の第4面20dから出射される直線偏光(計測光)は1/4波長板22を介して円偏光に変換された上で設置部24に置かれた被計測物としてのワークWに対し照射される。また、ワークWにて反射した計測光は、再度、1/4波長板22を介して円偏光から直線偏光に変換された上で偏光ビームスプリッタ20の第4面20dに入射する。   The quarter wavelength plate 22 has a function of converting linearly polarized light into circularly polarized light and converting circularly polarized light into linearly polarized light. In other words, the linearly polarized light (measurement light) emitted from the fourth surface 20 d of the polarization beam splitter 20 is converted into circularly polarized light via the quarter wavelength plate 22 and then the measurement object placed on the installation unit 24. The workpiece W is irradiated. The measurement light reflected by the workpiece W is again converted from circularly polarized light into linearly polarized light via the quarter wavelength plate 22 and then enters the fourth surface 20 d of the polarizing beam splitter 20.

次に2つの撮像系4A,4B(第1撮像系4A,第2撮像系4B)の構成について詳しく説明する。第1撮像系4Aは、1/4波長板31A、第1偏光板32A、第1撮像手段を構成する第1カメラ33Aなどを備えている。   Next, the configuration of the two imaging systems 4A and 4B (first imaging system 4A and second imaging system 4B) will be described in detail. The first imaging system 4A includes a quarter wavelength plate 31A, a first polarizing plate 32A, a first camera 33A that constitutes a first imaging means, and the like.

1/4波長板31Aは、第2無偏光ビームスプリッタ13BをZ軸方向左向きに透過してきた直線偏光(第1光の参照光成分及び計測光成分)をそれぞれ円偏光に変換するためのものである。   The quarter-wave plate 31A is for converting linearly polarized light (the reference light component and the measurement light component of the first light) that has passed through the second non-polarizing beam splitter 13B leftward in the Z-axis direction into circularly polarized light. is there.

第1偏光板32Aは、1/4波長板31Aにより円偏光に変換された第1光の各成分を選択的に透過させるものである。これにより、回転方向の異なる第1光の参照光成分と計測光成分とを特定の位相について干渉させることができる。「第1偏光板32A」が本実施形態における「位相シフト手段」及び「干渉手段」を構成する。   The first polarizing plate 32A selectively transmits each component of the first light converted into circularly polarized light by the quarter wavelength plate 31A. Thereby, the reference light component and measurement light component of the 1st light from which a rotation direction differs can be made to interfere about a specific phase. The “first polarizing plate 32A” constitutes “phase shift means” and “interference means” in the present embodiment.

本実施形態に係る第1偏光板32Aは、Z軸方向を軸心として回転可能に構成されると共に、その透過軸方向が45°ずつ変化するように制御される。具体的には、透過軸方向がY軸方向に対し「0°」、「45°」、「90°」、「135°」となるように変化する。   The first polarizing plate 32A according to the present embodiment is configured to be rotatable about the Z-axis direction as an axis, and is controlled so that the transmission axis direction changes by 45 °. Specifically, the transmission axis direction changes to “0 °”, “45 °”, “90 °”, and “135 °” with respect to the Y-axis direction.

これにより、第1偏光板32Aを透過する第1光の参照光成分及び計測光成分を4通りの位相で干渉させることができる。つまり、位相が90°ずつ異なる干渉光を生成することができる。具体的には、位相が「0°」の干渉光、位相が「90°」の干渉光、位相が「180°」の干渉光、位相が「270°」の干渉光を生成することができる。   Thereby, the reference light component and measurement light component of the 1st light which permeate | transmit the 1st polarizing plate 32A can be made to interfere by four types of phases. That is, it is possible to generate interference light whose phases are different by 90 °. Specifically, interference light having a phase of “0 °”, interference light having a phase of “90 °”, interference light having a phase of “180 °”, and interference light having a phase of “270 °” can be generated. .

第1カメラ33Aは、レンズや撮像素子33Aa(図6参照)等を備えてなる公知のものである。本実施形態では、第1カメラ33Aの撮像素子33Aaとして、CCDエリアセンサを採用している。勿論、撮像素子33Aaは、これに限定されるものではなく、例えばCMOSエリアセンサ等を採用してもよい。また、レンズとしては、テレセントリックレンズを用いることが好ましい。   The first camera 33A is a known camera including a lens, an image sensor 33Aa (see FIG. 6), and the like. In the present embodiment, a CCD area sensor is employed as the image sensor 33Aa of the first camera 33A. Of course, the image sensor 33Aa is not limited to this, and for example, a CMOS area sensor or the like may be employed. Moreover, it is preferable to use a telecentric lens as the lens.

第1カメラ33Aによって撮像された画像データは、第1カメラ33A内部においてデジタル信号に変換された上で、デジタル信号の形で制御装置5(画像データ記憶装置54)に入力されるようになっている。   Image data captured by the first camera 33A is converted into a digital signal inside the first camera 33A, and then input to the control device 5 (image data storage device 54) in the form of a digital signal. Yes.

具体的には、第1光に係る位相「0°」の干渉縞画像、位相「90°」の干渉縞画像、位相「180°」の干渉縞画像、位相「270°」の干渉縞画像が第1カメラ33Aにより撮像されることとなる。   Specifically, an interference fringe image having a phase “0 °”, an interference fringe image having a phase “90 °”, an interference fringe image having a phase “180 °”, and an interference fringe image having a phase “270 °” are associated with the first light. The image is picked up by the first camera 33A.

第2撮像系4Bは、第1撮像系4Aと同様、1/4波長板31B、第2偏光板32B、第2撮像手段を構成する第2カメラ33Bなどを備えている。   Similar to the first imaging system 4A, the second imaging system 4B includes a quarter-wave plate 31B, a second polarizing plate 32B, a second camera 33B constituting the second imaging means, and the like.

1/4波長板31Bは、第1無偏光ビームスプリッタ13AをY軸方向上向きに透過してきた直線偏光(第2光の参照光成分及び計測光成分)をそれぞれ円偏光に変換するためのものである。   The quarter wavelength plate 31B is for converting the linearly polarized light (the reference light component and the measurement light component of the second light) transmitted through the first non-polarizing beam splitter 13A upward in the Y-axis direction into circularly polarized light. is there.

第2偏光板32Bは、第1偏光板32Aと同様、1/4波長板31Bにより円偏光に変換された第2光の各成分を選択的に透過させるものである。これにより、回転方向の異なる第2光の参照光成分と計測光成分とを特定の位相について干渉させることができる。「第2偏光板32B」が本実施形態における「位相シフト手段」及び「干渉手段」を構成する。   Similar to the first polarizing plate 32A, the second polarizing plate 32B selectively transmits each component of the second light converted into circularly polarized light by the quarter wavelength plate 31B. Thereby, the reference light component and measurement light component of the 2nd light from which a rotation direction differs can be made to interfere about a specific phase. The “second polarizing plate 32B” constitutes “phase shift means” and “interference means” in the present embodiment.

本実施形態に係る第2偏光板32Bは、Y軸方向を軸心として回転可能に構成されると共に、その透過軸方向が45°ずつ変化するように制御される。具体的には、透過軸方向がX軸方向に対し「0°」、「45°」、「90°」、「135°」となるように変化する。   The second polarizing plate 32B according to the present embodiment is configured to be rotatable about the Y-axis direction as an axis, and is controlled so that the transmission axis direction changes by 45 °. Specifically, the transmission axis direction changes to “0 °”, “45 °”, “90 °”, and “135 °” with respect to the X-axis direction.

これにより、第2偏光板32Bを透過する第2光の参照光成分及び計測光成分を4通りの位相で干渉させることができる。つまり、位相が90°ずつ異なる干渉光を生成することができる。具体的には、位相が「0°」の干渉光、位相が「90°」の干渉光、位相が「180°」の干渉光、位相が「270°」の干渉光を生成することができる。   Thereby, the reference light component and measurement light component of the 2nd light which permeate | transmit the 2nd polarizing plate 32B can be made to interfere by four types of phases. That is, it is possible to generate interference light whose phases are different by 90 °. Specifically, interference light having a phase of “0 °”, interference light having a phase of “90 °”, interference light having a phase of “180 °”, and interference light having a phase of “270 °” can be generated. .

第2カメラ33Bは、第1カメラ33Aと同様、レンズや撮像素子33Ba(図6参照)等を備えてなる公知のものである。本実施形態では、第1カメラ33Aと同様、第2カメラ33Bの撮像素子33Baとして、CCDエリアセンサを採用している。勿論、撮像素子33Baは、これに限定されるものではなく、例えばCMOSエリアセンサ等を採用してもよい。また、レンズとしては、テレセントリックレンズを用いることが好ましい。   Similar to the first camera 33A, the second camera 33B is a known camera including a lens, an image sensor 33Ba (see FIG. 6), and the like. In the present embodiment, as with the first camera 33A, a CCD area sensor is employed as the image sensor 33Ba of the second camera 33B. Of course, the imaging element 33Ba is not limited to this, and for example, a CMOS area sensor or the like may be adopted. Moreover, it is preferable to use a telecentric lens as the lens.

第1カメラ33Aと同様、第2カメラ33Bによって撮像された画像データは、第2カメラ33B内部においてデジタル信号に変換された上で、デジタル信号の形で制御装置5(画像データ記憶装置54)に入力されるようになっている。   Similar to the first camera 33A, the image data captured by the second camera 33B is converted into a digital signal inside the second camera 33B and then sent to the control device 5 (image data storage device 54) in the form of a digital signal. It is designed to be entered.

具体的には、第2光に係る位相「0°」の干渉縞画像、位相「90°」の干渉縞画像、位相「180°」の干渉縞画像、位相「270°」の干渉縞画像が第2カメラ33Bにより撮像されることとなる。   Specifically, an interference fringe image having a phase “0 °”, an interference fringe image having a phase “90 °”, an interference fringe image having a phase “180 °”, and an interference fringe image having a phase “270 °” related to the second light. The image is taken by the second camera 33B.

ここで制御装置5の電気的構成について説明する。図2に示すように、制御装置5は、計測装置1全体の制御を司るCPU及び入出力インターフェース51、キーボードやマウス、あるいは、タッチパネルで構成される「入力手段」としての入力装置52、液晶画面などの表示画面を有する「表示手段」としての表示装置53、カメラ33A,33Bにより撮像された画像データ等を順次記憶するための画像データ記憶装置54、各種演算結果を記憶するための演算結果記憶装置55、各種情報を予め記憶しておく設定データ記憶装置56を備えている。なお、これら各装置52〜56は、CPU及び入出力インターフェース51に対し電気的に接続されている。   Here, the electrical configuration of the control device 5 will be described. As shown in FIG. 2, the control device 5 includes a CPU and an input / output interface 51 that control the entire measurement device 1, an input device 52 as an “input unit” configured by a keyboard, a mouse, or a touch panel, a liquid crystal screen A display device 53 having a display screen such as a display device 53, an image data storage device 54 for sequentially storing image data captured by the cameras 33A and 33B, and a calculation result storage for storing various calculation results. A device 55 and a setting data storage device 56 for storing various information in advance are provided. Note that these devices 52 to 56 are electrically connected to the CPU and the input / output interface 51.

次に計測装置1の作用について説明する。尚、後述するように、本実施形態における第1光及び第2光の照射は同時に行われるものであり、第1光の光路と第2光の光路が一部で重なることとなるが、ここでは、より分かりやすくするため、第1光及び第2光の光路ごとに異なる図面を用いて個別に説明する。   Next, the operation of the measuring device 1 will be described. As will be described later, the irradiation of the first light and the second light in the present embodiment is performed simultaneously, and the optical path of the first light and the optical path of the second light partially overlap. Then, in order to make it easier to understand, each of the optical paths of the first light and the second light will be described individually using different drawings.

まず第1光の光路について図3を参照して説明する。図3に示すように、波長λ1の第1光(偏光方向がX軸方向及びY軸方向に対し45°傾斜した直線偏光)が第1発光部11AからZ軸方向左向きに出射される。 First, the optical path of the first light will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 3, the first light of wavelength λ 1 (linearly polarized light whose polarization direction is inclined by 45 ° with respect to the X-axis direction and the Y-axis direction) is emitted leftward in the Z-axis direction from the first light emitting unit 11A.

第1発光部11Aから出射された第1光は、第1光アイソレータ12Aを通過し、第1無偏光ビームスプリッタ13Aに入射する。第1無偏光ビームスプリッタ13Aに入射した第1光の一部はZ軸方向左向きに透過し、残りはY軸方向下向きに反射する。   The first light emitted from the first light emitting unit 11A passes through the first optical isolator 12A and enters the first non-polarizing beam splitter 13A. Part of the first light incident on the first non-polarizing beam splitter 13A is transmitted leftward in the Z-axis direction, and the rest is reflected downward in the Y-axis direction.

このうち、Y軸方向下向きに反射した第1光(偏光方向がX軸方向及びZ軸方向に対し45°傾斜した直線偏光)は、偏光ビームスプリッタ20の第1面20aに入射する。一方、Z軸方向左向きに透過した第1光は、何らかの光学系等に入射することなく、捨て光となる。   Among these, the first light reflected downward in the Y-axis direction (linearly polarized light whose polarization direction is inclined by 45 ° with respect to the X-axis direction and the Z-axis direction) is incident on the first surface 20 a of the polarization beam splitter 20. On the other hand, the first light transmitted leftward in the Z-axis direction becomes discarded light without entering any optical system or the like.

ここで、捨て光となる光を、必要に応じて波長計測あるいは光のパワー計測に利用すれば、光源を安定化させ如いては計測精度の向上を図ることができる。   Here, if the light to be discarded is used for wavelength measurement or light power measurement as required, the measurement accuracy can be improved by stabilizing the light source.

偏光ビームスプリッタ20の第1面20aからY軸方向下向きに入射した第1光は、そのP偏光成分がY軸方向下向きに透過して第3面20cから参照光として出射される一方、そのS偏光成分がZ軸方向右向きに反射して第4面20dから計測光として出射される。   The first light incident downward from the first surface 20a of the polarization beam splitter 20 in the Y-axis direction transmits its P-polarized component downward in the Y-axis direction and is emitted from the third surface 20c as reference light, while its S The polarized component is reflected rightward in the Z-axis direction and is emitted from the fourth surface 20d as measurement light.

偏光ビームスプリッタ20の第3面20cから出射した第1光に係る参照光(P偏光)は、1/4波長板21を通過することにより右回りの円偏光に変換された後、参照面23で反射する。ここで、光の進行方向に対する回転方向は維持される。その後、第1光に係る参照光は、再度、1/4波長板21を通過することで、右回りの円偏光からS偏光に変換された上で偏光ビームスプリッタ20の第3面20cに再入射する。   The reference light (P-polarized light) related to the first light emitted from the third surface 20 c of the polarization beam splitter 20 is converted into clockwise circularly polarized light by passing through the quarter wavelength plate 21, and then the reference surface 23. Reflect on. Here, the rotation direction with respect to the traveling direction of the light is maintained. Thereafter, the reference light related to the first light passes through the quarter-wave plate 21 again, is converted from clockwise circularly polarized light to S polarized light, and then re-appears on the third surface 20c of the polarizing beam splitter 20. Incident.

一方、偏光ビームスプリッタ20の第4面20dから出射した第1光に係る計測光(S偏光)は、1/4波長板22を通過することにより左回りの円偏光に変換された後、ワークWで反射する。ここで、光の進行方向に対する回転方向は維持される。その後、第1光に係る計測光は、再度、1/4波長板22を通過することで、左回りの円偏光からP偏光に変換された上で偏光ビームスプリッタ20の第4面20dに再入射する。   On the other hand, the measurement light (S-polarized light) related to the first light emitted from the fourth surface 20d of the polarization beam splitter 20 is converted into counterclockwise circularly polarized light by passing through the quarter-wave plate 22, and then the workpiece. Reflected by W. Here, the rotation direction with respect to the traveling direction of the light is maintained. Thereafter, the measurement light related to the first light passes through the quarter-wave plate 22 again, is converted from counterclockwise circularly polarized light to P-polarized light, and then re-appears on the fourth surface 20d of the polarizing beam splitter 20. Incident.

ここで、偏光ビームスプリッタ20の第3面20cから再入射した第1光に係る参照光(S偏光)が接合面20hにてZ軸方向左向きに反射する一方、第4面20dから再入射した第1光に係る計測光(P偏光)は接合面20hをZ軸方向左向きに透過する。そして、第1光に係る参照光及び計測光が合成された状態の合成光が出力光として偏光ビームスプリッタ20の第2面20bから出射される。   Here, the reference light (S-polarized light) related to the first light re-entered from the third surface 20c of the polarization beam splitter 20 is reflected leftward in the Z-axis direction at the joint surface 20h, and re-enters from the fourth surface 20d. The measurement light (P-polarized light) according to the first light passes through the bonding surface 20h leftward in the Z-axis direction. Then, the combined light in a state where the reference light and the measurement light related to the first light are combined is emitted from the second surface 20b of the polarization beam splitter 20 as output light.

偏光ビームスプリッタ20の第2面20bから出射された第1光に係る合成光(参照光及び計測光)は、第2無偏光ビームスプリッタ13Bに入射する。第2無偏光ビームスプリッタ13Bに対しZ軸方向左向きに入射した第1光に係る合成光は、その一部がZ軸方向左向きに透過し、残りがY軸方向下向きに反射する。このうち、Z軸方向左向きに透過した合成光(参照光及び計測光)は第1撮像系4Aに入射することとなる。一方、Y軸方向下向きに反射した合成光は、第2光アイソレータ12Bによりその進行を遮断され、捨て光となる。   The combined light (reference light and measurement light) related to the first light emitted from the second surface 20b of the polarization beam splitter 20 enters the second non-polarization beam splitter 13B. A part of the combined light related to the first light incident leftward in the Z-axis direction with respect to the second non-polarizing beam splitter 13B is transmitted leftward in the Z-axis direction, and the rest is reflected downward in the Y-axis direction. Among these, the combined light (reference light and measurement light) transmitted to the left in the Z-axis direction is incident on the first imaging system 4A. On the other hand, the combined light reflected downward in the Y-axis direction is blocked from traveling by the second optical isolator 12B and becomes discarded light.

第1撮像系4Aに入射した第1光に係る合成光(参照光及び計測光)は、まず1/4波長板31Aにより、その参照光成分(S偏光成分)が左回りの円偏光に変換され、その計測光成分(P偏光成分)が右回りの円偏光に変換される。ここで、左回りの円偏光と右回りの円偏光は回転方向が異なるので干渉しない。   The combined light (reference light and measurement light) related to the first light incident on the first imaging system 4A is first converted into counterclockwise circularly polarized light by the quarter wavelength plate 31A. Then, the measurement light component (P polarization component) is converted into clockwise circular polarization. Here, the counterclockwise circularly polarized light and the clockwise circularly polarized light do not interfere with each other because the rotation directions are different.

第1光に係る合成光は、続いて第1偏光板32Aを通過することにより、その参照光成分と計測光成分とが第1偏光板32Aの角度に応じた位相で干渉する。そして、かかる第1光に係る干渉光が第1カメラ33Aにより撮像される。   The synthesized light related to the first light subsequently passes through the first polarizing plate 32A, and the reference light component and the measurement light component interfere with each other at a phase corresponding to the angle of the first polarizing plate 32A. Then, the interference light related to the first light is imaged by the first camera 33A.

次に第2光の光路について図4を参照して説明する。図4に示すように、波長λ2の第2光(偏光方向がX軸方向及びZ軸方向に対し45°傾斜した直線偏光)が第2発光部11BからY軸方向上向きに出射される。 Next, the optical path of the second light will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 4, the second light having the wavelength λ 2 (linearly polarized light whose polarization direction is inclined by 45 ° with respect to the X-axis direction and the Z-axis direction) is emitted upward from the second light emitting unit 11B in the Y-axis direction.

第2発光部11Bから出射された第2光は、第2光アイソレータ12Bを通過し、第2無偏光ビームスプリッタ13Bに入射する。第2無偏光ビームスプリッタ13Bに入射した第2光の一部はY軸方向上向きに透過し、残りはZ軸方向右向きに反射する。   The second light emitted from the second light emitting unit 11B passes through the second optical isolator 12B and enters the second non-polarized beam splitter 13B. Part of the second light incident on the second non-polarizing beam splitter 13B is transmitted upward in the Y-axis direction, and the rest is reflected rightward in the Z-axis direction.

このうち、Z軸方向右向きに反射した第2光(偏光方向がX軸方向及びY軸方向に対し45°傾斜した直線偏光)は、偏光ビームスプリッタ20の第2面20bに入射する。一方、Y軸方向上向きに透過した第2光は、何らかの光学系等に入射することなく、捨て光となる。   Among these, the second light reflected to the right in the Z-axis direction (linearly polarized light whose polarization direction is inclined by 45 ° with respect to the X-axis direction and the Y-axis direction) is incident on the second surface 20 b of the polarization beam splitter 20. On the other hand, the second light transmitted upward in the Y-axis direction is discarded without entering any optical system or the like.

ここで、捨て光となる光を、必要に応じて波長計測あるいは光のパワー計測に利用すれば、光源を安定化させ如いては計測精度の向上を図ることができる。   Here, if the light to be discarded is used for wavelength measurement or light power measurement as required, the measurement accuracy can be improved by stabilizing the light source.

偏光ビームスプリッタ20の第2面20bからZ軸方向右向きに入射した第2光は、そのS偏光成分がY軸方向下向きに反射して第3面20cから参照光として出射される一方、そのP偏光成分がZ軸方向右向きに透過して第4面20dから計測光として出射される。   The second light incident rightward in the Z-axis direction from the second surface 20b of the polarizing beam splitter 20 is reflected as its S-polarized component downward in the Y-axis direction and emitted as reference light from the third surface 20c, while its P The polarized component is transmitted rightward in the Z-axis direction and is emitted from the fourth surface 20d as measurement light.

偏光ビームスプリッタ20の第3面20cから出射した第2光に係る参照光(S偏光)は、1/4波長板21を通過することにより左回りの円偏光に変換された後、参照面23で反射する。ここで、光の進行方向に対する回転方向は維持される。その後、第2光に係る参照光は、再度、1/4波長板21を通過することで、左回りの円偏光からP偏光に変換された上で偏光ビームスプリッタ20の第3面20cに再入射する。   The reference light (S-polarized light) related to the second light emitted from the third surface 20 c of the polarization beam splitter 20 is converted into counterclockwise circularly polarized light by passing through the quarter-wave plate 21, and then the reference surface 23. Reflect on. Here, the rotation direction with respect to the traveling direction of the light is maintained. Thereafter, the reference light related to the second light passes through the quarter-wave plate 21 again, is converted from counterclockwise circularly polarized light to P-polarized light, and then re-appears on the third surface 20 c of the polarizing beam splitter 20. Incident.

一方、偏光ビームスプリッタ20の第4面20dから出射した第2光に係る計測光(P偏光)は、1/4波長板22を通過することにより右回りの円偏光に変換された後、ワークWで反射する。ここで、光の進行方向に対する回転方向は維持される。その後、第2光に係る計測光は、再度、1/4波長板22を通過することで、右回りの円偏光からS偏光に変換された上で偏光ビームスプリッタ20の第4面20dに再入射する。   On the other hand, the measurement light (P-polarized light) related to the second light emitted from the fourth surface 20d of the polarization beam splitter 20 is converted into clockwise circularly polarized light by passing through the quarter-wave plate 22, and then the workpiece. Reflected by W. Here, the rotation direction with respect to the traveling direction of the light is maintained. Thereafter, the measurement light related to the second light passes through the quarter-wave plate 22 again, is converted from clockwise circularly polarized light to S-polarized light, and then re-appears on the fourth surface 20d of the polarizing beam splitter 20. Incident.

ここで、偏光ビームスプリッタ20の第3面20cから再入射した第2光に係る参照光(P偏光)は接合面20hをY軸方向上向きに透過する一方、第4面20dから再入射した第2光に係る計測光(S偏光)は接合面20hにてY軸方向上向きに反射する。そして、第2光に係る参照光及び計測光が合成された状態の合成光が出力光として偏光ビームスプリッタ20の第1面20aから出射される。   Here, the reference light (P-polarized light) related to the second light re-entered from the third surface 20c of the polarization beam splitter 20 passes through the joint surface 20h upward in the Y-axis direction, and re-enters from the fourth surface 20d. The measurement light (S-polarized light) related to the two lights is reflected upward in the Y-axis direction at the bonding surface 20h. Then, the combined light in a state where the reference light and the measurement light related to the second light are combined is emitted from the first surface 20a of the polarization beam splitter 20 as output light.

偏光ビームスプリッタ20の第1面20aから出射された第2光に係る合成光(参照光及び計測光)は、第1無偏光ビームスプリッタ13Aに入射する。第1無偏光ビームスプリッタ13Aに対しY軸方向上向きに入射した第2光に係る合成光は、その一部がY軸方向上向きに透過し、残りがZ軸方向右向きに反射する。このうち、Y軸方向上向きに透過した合成光(参照光及び計測光)は第2撮像系4Bに入射することとなる。一方、Z軸方向右向きに反射した合成光は、第1光アイソレータ12Aによりその進行を遮断され、捨て光となる。   The combined light (reference light and measurement light) related to the second light emitted from the first surface 20a of the polarization beam splitter 20 is incident on the first non-polarization beam splitter 13A. A part of the synthesized light related to the second light incident upward in the Y-axis direction with respect to the first non-polarizing beam splitter 13A is transmitted upward in the Y-axis direction, and the rest is reflected rightward in the Z-axis direction. Among these, the combined light (reference light and measurement light) transmitted upward in the Y-axis direction enters the second imaging system 4B. On the other hand, the combined light reflected rightward in the Z-axis direction is blocked by the first optical isolator 12A and becomes discarded light.

第2撮像系4Bに入射した第2光に係る合成光(参照光及び計測光)は、まず1/4波長板31Bにより、その参照光成分(P偏光成分)が右回りの円偏光に変換され、その計測光成分(S偏光成分)が左回りの円偏光に変換される。ここで、左回りの円偏光と右回りの円偏光は回転方向が異なるので干渉しない。   The combined light (reference light and measurement light) related to the second light incident on the second imaging system 4B is first converted into clockwise circularly polarized light by the quarter wavelength plate 31B. Then, the measurement light component (S-polarized component) is converted into counterclockwise circularly polarized light. Here, the counterclockwise circularly polarized light and the clockwise circularly polarized light do not interfere with each other because the rotation directions are different.

第2光に係る合成光は、続いて第2偏光板32Bを通過することにより、その参照光成分と計測光成分とが第2偏光板32Bの角度に応じた位相で干渉する。そして、かかる第2光に係る干渉光が第2カメラ33Bにより撮像される。   The combined light related to the second light subsequently passes through the second polarizing plate 32B, so that the reference light component and the measurement light component interfere with each other at a phase corresponding to the angle of the second polarizing plate 32B. Then, the interference light related to the second light is imaged by the second camera 33B.

次に、制御装置5によって実行される計測処理の手順について図5のフローチャート等を参照しつつ詳しく説明する。以下、この計測処理について説明する際には、第1カメラ33Aの撮像素子33Aa面、又は、第2カメラ33Bの撮像素子33Ba面をx−y平面とし、これに直交する光軸方向をz方向として説明する。勿論、この座標系(x,y,z)と、計測装置1全体を説明するための座標系(X,Y,Z)は異なる座標系である。   Next, the procedure of the measurement process executed by the control device 5 will be described in detail with reference to the flowchart of FIG. Hereinafter, when this measurement process is described, the surface of the image sensor 33Aa of the first camera 33A or the surface of the image sensor 33Ba of the second camera 33B is the xy plane, and the optical axis direction orthogonal thereto is the z direction. Will be described. Of course, the coordinate system (x, y, z) and the coordinate system (X, Y, Z) for explaining the entire measuring apparatus 1 are different coordinate systems.

先ずステップS1において、ワークWの所定の計測領域に係る干渉縞画像を取得する処理を実行する。本実施形態では、ここで第1光に係る位相の異なる4通りの干渉縞画像、及び、第2光に係る位相の異なる4通りの干渉縞画像を取得する。以下、詳しく説明する。   First, in step S1, processing for acquiring an interference fringe image relating to a predetermined measurement area of the workpiece W is executed. In the present embodiment, four interference fringe images having different phases relating to the first light and four interference fringe images different in phase relating to the second light are acquired here. This will be described in detail below.

ワークWを設置部24へ設置した後、第1撮像系4Aの第1偏光板32Aの透過軸方向を所定の基準位置(例えば「0°」)に設定すると共に、第2撮像系4Bの第2偏光板32Bの透過軸方向を所定の基準位置(例えば「0°」)に設定する。   After the workpiece W is installed on the installation unit 24, the transmission axis direction of the first polarizing plate 32A of the first imaging system 4A is set to a predetermined reference position (for example, “0 °”), and the second imaging system 4B The transmission axis direction of the two polarizing plates 32B is set to a predetermined reference position (for example, “0 °”).

続いて、第1投光系2Aから第1光を照射すると同時に、第2投光系2Bから第2光を照射する。その結果、干渉光学系3の偏光ビームスプリッタ20の第2面20bから第1光に係る合成光(参照光及び計測光)が出射されると同時に、偏光ビームスプリッタ20の第1面20aから第2光に係る合成光(参照光及び計測光)が出射される。   Subsequently, the first light is emitted from the first light projecting system 2A, and at the same time, the second light is emitted from the second light projecting system 2B. As a result, combined light (reference light and measurement light) related to the first light is emitted from the second surface 20b of the polarization beam splitter 20 of the interference optical system 3, and at the same time, from the first surface 20a of the polarization beam splitter 20 The combined light (reference light and measurement light) related to the two lights is emitted.

そして、偏光ビームスプリッタ20の第2面20bから出射された第1光に係る合成光を第1撮像系4Aにより撮像すると同時に、偏光ビームスプリッタ20の第1面20aから出射された第2光に係る合成光を第2撮像系4Bにより撮像する。   The combined light related to the first light emitted from the second surface 20b of the polarization beam splitter 20 is imaged by the first imaging system 4A, and at the same time, the second light emitted from the first surface 20a of the polarization beam splitter 20 is converted into the second light. Such synthesized light is imaged by the second imaging system 4B.

尚、ここでは第1偏光板32A及び第2偏光板32Bの透過軸方向がそれぞれ「0°」に設定されているため、第1カメラ33Aでは第1光に係る位相「0°」の干渉縞画像が撮像され、第2カメラ33Bでは第2光に係る位相「0°」の干渉縞画像が撮像されることとなる。   Here, since the transmission axis directions of the first polarizing plate 32A and the second polarizing plate 32B are each set to “0 °”, the first camera 33A has an interference fringe of the phase “0 °” related to the first light. An image is captured, and the second camera 33B captures an interference fringe image of the phase “0 °” related to the second light.

そして、各カメラ33A,33Bからそれぞれ撮像された画像データが制御装置5へ出力される。制御装置5は、入力した画像データを画像データ記憶装置54に記憶する。   Then, image data captured from each of the cameras 33 </ b> A and 33 </ b> B is output to the control device 5. The control device 5 stores the input image data in the image data storage device 54.

次に制御装置5は、第1撮像系4Aの第1偏光板32A、及び、第2撮像系4Bの第2偏光板32Bの切替処理を行う。具体的には、第1偏光板32A及び第2偏光板32Bをそれぞれ透過軸方向が「45°」となる位置まで回動変位させる。   Next, the control device 5 performs a switching process between the first polarizing plate 32A of the first imaging system 4A and the second polarizing plate 32B of the second imaging system 4B. Specifically, the first polarizing plate 32A and the second polarizing plate 32B are rotated and displaced to positions where the transmission axis direction is “45 °”.

該切替処理が終了すると、制御装置5は、上記一連の1回目の撮像処理と同様の2回目の撮像処理を行う。つまり、制御装置5は、第1投光系2Aから第1光を照射すると同時に、第2投光系2Bから第2光を照射し、偏光ビームスプリッタ20の第2面20bから出射された第1光に係る合成光を第1撮像系4Aにより撮像すると同時に、偏光ビームスプリッタ20の第1面20aから出射された第2光に係る合成光を第2撮像系4Bにより撮像する。これにより、第1光に係る位相「90°」の干渉縞画像が取得されると共に、第2光に係る位相「90°」の干渉縞画像が撮像されることとなる。   When the switching process ends, the control device 5 performs the second imaging process similar to the series of the first imaging process. That is, the control device 5 irradiates the first light from the first light projecting system 2 </ b> A and at the same time irradiates the second light from the second light projecting system 2 </ b> B and emits the second light from the second surface 20 b of the polarization beam splitter 20. The combined light related to one light is imaged by the first imaging system 4A, and simultaneously, the combined light related to the second light emitted from the first surface 20a of the polarization beam splitter 20 is imaged by the second imaging system 4B. As a result, an interference fringe image having the phase “90 °” related to the first light is acquired, and an interference fringe image having the phase “90 °” related to the second light is captured.

以降、上記1回目及び2回目の撮像処理と同様の撮像処理が2回繰り返し行われる。つまり、第1偏光板32A及び第2偏光板32Bの透過軸方向を「90°」に設定した状態で3回目の撮像処理を行い、第1光に係る位相「180°」の干渉縞画像を取得すると共に、第2光に係る位相「180°」の干渉縞画像を取得する。   Thereafter, the same imaging process as the first and second imaging processes is repeated twice. That is, the third imaging process is performed in a state where the transmission axis directions of the first polarizing plate 32A and the second polarizing plate 32B are set to “90 °”, and an interference fringe image of the phase “180 °” related to the first light is obtained. In addition to the acquisition, an interference fringe image of the phase “180 °” related to the second light is acquired.

その後、第1偏光板32A及び第2偏光板32Bの透過軸方向を「135°」に設定した状態で4回目の撮像処理を行い、第1光に係る位相「270°」の干渉縞画像を取得すると共に、第2光に係る位相「270°」の干渉縞画像を取得する。   Thereafter, the fourth imaging process is performed in a state where the transmission axis directions of the first polarizing plate 32A and the second polarizing plate 32B are set to “135 °”, and an interference fringe image of the phase “270 °” related to the first light is obtained. In addition to the acquisition, an interference fringe image of phase “270 °” related to the second light is acquired.

このように、4回の撮像処理を行うことにより、ワークWの所定の計測領域に係る計測を行う上で必要な全ての画像データ(第1光に係る4通りの干渉縞画像、及び、第2光に係る4通りの干渉縞画像からなる計8つの干渉縞画像)を取得することができる。   As described above, by performing the imaging process four times, all the image data (four kinds of interference fringe images related to the first light, and the first image light necessary for performing the measurement related to the predetermined measurement region of the workpiece W) A total of eight interference fringe images consisting of four interference fringe images relating to two lights) can be acquired.

続くステップS2において、制御装置5は、撮像素子33Aa,33Ba面における光の複素振幅データEo(x,y)を取得する処理を実行する。詳しくは、画像データ記憶装置54に記憶された第1光に係る4通りの干渉縞画像、及び、第2光に係る4通りの干渉縞画像を基に、第1光及び第2光それぞれに係る撮像素子33Aa,33Ba面での光の複素振幅データEo(x,y)を取得する。   In subsequent step S2, the control device 5 executes a process of acquiring complex amplitude data Eo (x, y) of light on the surfaces of the imaging elements 33Aa and 33Ba. Specifically, based on the four types of interference fringe images related to the first light and the four types of interference fringe images related to the second light stored in the image data storage device 54, the first light and the second light respectively. The complex amplitude data Eo (x, y) of light on the surfaces of the imaging elements 33Aa and 33Ba is acquired.

第1光又は第2光に係る4通りの干渉縞画像の同一座標位置(x,y)における干渉縞強度、すなわち輝度I1(x,y)、I2(x,y)、I3(x,y)、I4(x,y)は、下記[数1]の関係式で表すことができる。 The interference fringe intensity at the same coordinate position (x, y) of the four interference fringe images related to the first light or the second light, that is, the luminances I 1 (x, y), I 2 (x, y), I 3 ( x, y) and I 4 (x, y) can be expressed by the following relational expression [Formula 1].

Figure 0006246875
Figure 0006246875

ここで、Δφ(x,y)は、座標(x,y)における計測光と参照光との光路差に基づく位相差を表している。また、A(x,y)は干渉光の振幅、B(x,y)はバイアスを表している。但し、参照光は均一であるため、これを基準として見ると、Δφ(x,y)は「計測光の位相」を表し、A(x,y)は「計測光の振幅」を表すこととなる。   Here, Δφ (x, y) represents a phase difference based on the optical path difference between the measurement light and the reference light at the coordinates (x, y). A (x, y) represents the amplitude of the interference light, and B (x, y) represents the bias. However, since the reference light is uniform, Δφ (x, y) represents “the phase of the measurement light” and A (x, y) represents “the amplitude of the measurement light”. Become.

従って、撮像素子33Aa,33Ba面に到達した計測光の位相Δφ(x,y)は、上記[数1]の関係式を基に、下記[数2]の関係式で求めることができる。   Therefore, the phase Δφ (x, y) of the measurement light that has reached the surfaces of the image pickup devices 33Aa and 33Ba can be obtained by the following relational expression [Formula 2] based on the relational expression [Formula 1].

Figure 0006246875
Figure 0006246875

また、撮像素子33Aa,33Ba面に到達した計測光の振幅A(x,y)は、上記[数1]の関係式を基に、下記[数3]の関係式で求めることができる。   Further, the amplitude A (x, y) of the measurement light that has reached the surfaces of the image sensors 33Aa and 33Ba can be obtained by the following relational expression [Formula 3] based on the relational expression [Formula 1].

Figure 0006246875
Figure 0006246875

そして、上記位相Δφ(x,y)と振幅A(x,y)から、下記[数4]の関係式を基に撮像素子33Aa,33Ba面における複素振幅データEo(x,y)を算出することができる。ここで、iは虚数単位を表している。   Then, complex amplitude data Eo (x, y) on the surfaces of the image sensors 33Aa and 33Ba is calculated from the phase Δφ (x, y) and the amplitude A (x, y) based on the following relational expression [Formula 4]. be able to. Here, i represents an imaginary unit.

Figure 0006246875
Figure 0006246875

続くステップS3において、制御装置5は、ワークWの所定の計測領域内に予め設定した一部の特定領域について、z方向複数位置における複素振幅データを取得する処理を実行する。上記ステップS2,S3に係る一連の処理を実行する機能により本実施形態における第1データ取得手段が構成される。   In subsequent step S <b> 3, the control device 5 executes a process of acquiring complex amplitude data at a plurality of positions in the z direction for a part of specific areas preset in a predetermined measurement area of the workpiece W. The first data acquisition unit in the present embodiment is configured by the function of executing a series of processes related to steps S2 and S3.

尚、「特定領域」は、z方向におけるワークWの位置を事前に調査するために任意に設定した領域である。以下、かかる「特定領域」を「z位置調査領域V」という(図7参照)。例えば、ワークWが図8に示すようなウエハ基板100である場合には、バンプ101の高さ計測の基準面となり得るパターン部102をz位置調査領域Vとして設定することができる。   The “specific area” is an area arbitrarily set in order to investigate the position of the workpiece W in the z direction in advance. Hereinafter, the “specific region” is referred to as “z position survey region V” (see FIG. 7). For example, when the workpiece W is a wafer substrate 100 as shown in FIG. 8, the pattern portion 102 that can serve as a reference plane for measuring the height of the bump 101 can be set as the z position inspection region V.

以下、ステップS3の処理について詳しく説明する。まずz方向の所定位置における既知の複素振幅データから、z方向の異なる位置における未知の複素振幅データを取得する方法について説明する。   Hereinafter, the process of step S3 will be described in detail. First, a method for acquiring unknown complex amplitude data at different positions in the z direction from known complex amplitude data at predetermined positions in the z direction will be described.

ここでは、z方向に距離d離れた2つの座標系(x−y座標系とξ−η座標系)を考える。そして、x−y座標系をz=0とし、x−y座標系での既知の光の複素振幅データをEo(x,y)で表し、x−y平面から距離d離れたξ−η平面での未知の光の複素振幅データをEo(ξ,η)と表すと、下記[数5]に示す関係となる。ここで、λは波長を表す。   Here, two coordinate systems (an xy coordinate system and a ξ-η coordinate system) separated by a distance d in the z direction are considered. Then, the xy coordinate system is set to z = 0, the complex amplitude data of the known light in the xy coordinate system is represented by Eo (x, y), and the ξ-η plane separated from the xy plane by a distance d If the complex amplitude data of the unknown light at E is expressed as Eo (ξ, η), the relationship shown in the following [Formula 5] is obtained. Here, λ represents a wavelength.

Figure 0006246875
Figure 0006246875

これをEo(ξ,η)について解くと、下記[数6]のようになる。   Solving this for Eo (ξ, η) yields [Equation 6] below.

Figure 0006246875
Figure 0006246875

そして、本実施形態では、図6,7に示すように、上記ステップS2で取得した撮像素子33Aa,33Ba面における複素振幅データEo(x,y)を基に、ワークW上のz位置調査領域Vについて、撮像素子33Aa,33Ba面からz方向への距離LがL0,L1,L2・・・Ln離れた位置それぞれにおける複素振幅データEoL0(ξ,η),EoL1(ξ,η),・・・,EoLn(ξ,η)を取得する。   In the present embodiment, as shown in FIGS. 6 and 7, the z position investigation region on the workpiece W is based on the complex amplitude data Eo (x, y) on the image pickup devices 33 </ b> Aa and 33 </ b> Ba obtained in step S <b> 2. For V, complex amplitude data EoL0 (ξ, η), EoL1 (ξ, η) at positions where the distance L in the z direction from the surfaces of the image pickup devices 33Aa, 33Ba is L0, L1, L2,. .., EoLn (ξ, η) is acquired.

続くステップS4において、制御装置5は、ワークW上のz位置調査領域Vについて、z方向複数位置における強度(輝度)画像を取得する処理を実行する。かかるステップS4の処理を実行する機能により本実施形態における画像取得手段が構成される。   In subsequent step S <b> 4, the control device 5 executes a process of acquiring intensity (luminance) images at a plurality of positions in the z direction for the z position survey region V on the workpiece W. The function for executing the processing of step S4 constitutes the image acquisition means in this embodiment.

詳しくは、上記ステップS3において取得した複素振幅データEoL0(ξ,η),EoL1(ξ,η),・・・,EoLn(ξ,η)からそれぞれ強度画像を取得する。尚、ξ−η平面における複素振幅データがEo(ξ,η)で表されるとき、ξ−η平面における強度画像I(ξ,η)は下記[数7]の関係式で求めることができる。   Specifically, intensity images are acquired from the complex amplitude data EoL0 (ξ, η), EoL1 (ξ, η),..., EoLn (ξ, η) acquired in step S3. When the complex amplitude data on the ξ-η plane is expressed by Eo (ξ, η), the intensity image I (ξ, η) on the ξ-η plane can be obtained by the following relational expression [Equation 7]. .

Figure 0006246875
Figure 0006246875

続くステップS5において、制御装置5は、z方向におけるワークWの位置を決定する処理を実行する。かかるステップS5の処理を実行する機能により本実施形態における位置決定手段が構成される。   In subsequent step S5, the control device 5 executes processing for determining the position of the workpiece W in the z direction. The function for executing the processing of step S5 constitutes the position determining means in this embodiment.

詳しくは、上記ステップS4にて取得したz位置調査領域Vに係る複数の強度画像を基に、z方向におけるz位置調査領域Vの位置を決定する。以下、強度画像のコントラストからz位置調査領域Vの位置を決定する方法について説明する。   Specifically, the position of the z position survey region V in the z direction is determined based on the plurality of intensity images related to the z position survey region V acquired in step S4. Hereinafter, a method for determining the position of the z position investigation region V from the contrast of the intensity image will be described.

例えば図7に示すように、ワークWが存在し得るz方向所定範囲Qを高さ計測の計測レンジ間隔で区分けし、撮像素子33Aa,33Ba面からz方向への距離LがL0,L1,L2,・・・,Ln離れた位置(z=L0,L1,・・・,Ln)を設定した場合において、z方向各位置(z=L0,L1,・・・,Ln)におけるz位置調査領域Vの強度画像について「z位置調査領域V」と「その他の部分」との輝度のコントラストを求める。続いて、この中で最もコントラストが高い強度画像が得られた位置(z=Lm)を抽出する。そして、この位置(z=Lm)における複素振幅データEoLm(ξ,η)を基に三次元計測を行い、z位置調査領域Vの高さ情報を取得する。これを基に「強度画像の位置情報(z=Lm)」+「z位置調査領域Vの高さ情報」により、z方向におけるz位置調査領域Vの絶対位置を取得する。   For example, as shown in FIG. 7, a predetermined range Q in the z direction in which the workpiece W can exist is divided by measurement range intervals for height measurement, and distances L in the z direction from the surfaces of the image sensors 33Aa and 33Ba are L0, L1, and L2. ,..., Ln separated positions (z = L0, L1,..., Ln), z position survey regions at each position in the z direction (z = L0, L1,..., Ln). For the V intensity image, the luminance contrast between the “z position survey region V” and the “other portion” is obtained. Subsequently, a position (z = Lm) where an intensity image with the highest contrast is obtained is extracted. Then, three-dimensional measurement is performed based on the complex amplitude data EoLm (ξ, η) at this position (z = Lm), and the height information of the z position survey region V is acquired. Based on this, the absolute position of the z position survey region V in the z direction is acquired by “position information of the intensity image (z = Lm)” + “height information of the z position survey region V”.

尚、z位置調査領域Vの位置を決定する方法としては、上述した強度画像のコントラストから求める方法のみならず、他の方法を採用してもよい。例えば強度画像の輝度から求める方法を採用してもよい。   In addition, as a method of determining the position of the z position survey region V, not only the method of obtaining from the above-described contrast of the intensity image but also other methods may be adopted. For example, a method of obtaining from the luminance of the intensity image may be adopted.

かかる方法では、輝度画像は実際に物体がある面で最も強くなるという性質を利用する。具体的には、z方向各位置(z=L0,L1,・・・,Ln)におけるz位置調査領域Vの強度画像において、z位置調査領域Vの平均輝度を求める。続いて、この中で最も平均輝度が高い強度画像が得られた位置(z=Lm)を抽出する。その後、上記同様、この位置(z=Lm)における複素振幅データEoLm(ξ,η)を基に三次元計測を行い、z位置調査領域Vの高さ情報を取得する。これを基に「強度画像の位置情報(z=Lm)」+「z位置調査領域Vの高さ情報」により、z方向におけるz位置調査領域Vの絶対位置を取得する。   In this method, the luminance image takes advantage of the property that it is strongest on the surface where the object is actually present. Specifically, in the intensity image of the z position investigation region V at each position in the z direction (z = L0, L1,..., Ln), the average luminance of the z position investigation region V is obtained. Subsequently, a position (z = Lm) where an intensity image with the highest average luminance is obtained is extracted. Thereafter, similarly to the above, three-dimensional measurement is performed based on the complex amplitude data EoLm (ξ, η) at this position (z = Lm), and the height information of the z position survey region V is acquired. Based on this, the absolute position of the z position survey region V in the z direction is acquired by “position information of the intensity image (z = Lm)” + “height information of the z position survey region V”.

続くステップS6において、制御装置5は、上記ステップS5において決定したワークW(z位置調査領域V)のz方向位置における計測領域全体の複素振幅データを取得する。かかるステップS6の処理を実行する機能により本実施形態における第2データ取得手段が構成される。   In subsequent step S6, the control device 5 acquires complex amplitude data of the entire measurement region at the position in the z direction of the workpiece W (z position investigation region V) determined in step S5. The function of executing the processing in step S6 constitutes the second data acquisition unit in the present embodiment.

続くステップS7において、制御装置5は、三次元計測処理を実行する。かかるステップ7の処理を実行する機能により本実施形態における計測実行手段が構成される。   In subsequent step S7, the control device 5 executes a three-dimensional measurement process. The function for executing the processing of step 7 constitutes the measurement execution means in this embodiment.

詳しくは、上記ステップS6において得られた計測領域全体の複素振幅データEo(ξ,η)から、下記[数8]の関係式を基に、計測光の位相φ(ξ,η)と、計測光の振幅A(ξ,η)を算出する。   Specifically, from the complex amplitude data Eo (ξ, η) of the entire measurement region obtained in step S6, the phase φ (ξ, η) of the measurement light and the measurement based on the following relational expression [8] The light amplitude A (ξ, η) is calculated.

Figure 0006246875
Figure 0006246875

計測光の位相φ(ξ,η)は、下記[数9]の関係式により求めることができる。   The phase φ (ξ, η) of the measurement light can be obtained by the following relational expression [Equation 9].

Figure 0006246875
Figure 0006246875

計測光の振幅A(ξ,η)は、下記[数10]の関係式により求めることができる。   The amplitude A (ξ, η) of the measurement light can be obtained by the following relational expression [Equation 10].

Figure 0006246875
Figure 0006246875

その後、位相−高さ変換処理を行い、ワークWの表面の凹凸形状を3次元的に示す高さ情報z(ξ,η)を算出する。   Thereafter, phase-height conversion processing is performed to calculate height information z (ξ, η) that three-dimensionally shows the uneven shape of the surface of the workpiece W.

高さ情報z(ξ,η)は、下記[数11]の関係式により算出することができる。   The height information z (ξ, η) can be calculated by the following equation [11].

Figure 0006246875
Figure 0006246875

ここで、波長の異なる2種類の光(波長λ1,λ2)を用いて計測を行った場合には、その合成波長λ0の光で計測を行ったことと同じこととなる。そして、その計測レンジはλ0/2に拡大することとなる。合成波長λ0は、下記式(M1)で表すことができる。 Here, when measurement is performed using two types of light having different wavelengths (wavelengths λ 1 and λ 2 ), the measurement is the same as the measurement using the light having the combined wavelength λ 0 . Then, the measurement range and thus to increase the lambda 0/2. The synthetic wavelength λ 0 can be expressed by the following formula (M1).

λ0=(λ1×λ2)/(λ2−λ1) ・・・(M1)
但し、λ2>λ1とする。
λ 0 = (λ 1 × λ 2 ) / (λ 2 −λ 1 ) (M1)
However, it is assumed that λ 2 > λ 1 .

例えばλ1=1500nm、λ2=1503nmとすると、上記式(M1)から、λ0=751.500μmとなり、計測レンジはλ0/2=375.750μmとなる。 For example, when λ 1 = 1500 nm and λ 2 = 1503 nm, from the above formula (M1), λ 0 = 751.500 μm and the measurement range is λ 0 /2=375.750 μm.

より詳しく説明すると、本実施形態では、まず波長λ1の第1光に係る4通りの干渉縞画像の輝度I1(x,y)、I2(x,y)、I3(x,y)、I4(x,y)を基に(上記[数1]参照)、ワークW面上の座標(ξ,η)における第1光に係る計測光の位相φ1(ξ,η)を算出することができる(上記[数9]参照)。 More specifically, in the present embodiment, first, the luminances I 1 (x, y), I 2 (x, y), I 3 (x, y) of four kinds of interference fringe images related to the first light of wavelength λ 1 are used. ), I 4 (x, y) (see [Equation 1] above), the phase φ 1 (ξ, η) of the measurement light related to the first light at the coordinates (ξ, η) on the workpiece W surface Can be calculated (see [Equation 9] above).

第1光に係る計測の下、座標(ξ,η)における高さ情報z(ξ,η)は、下記式(M2)で表すことができる。   Under the measurement related to the first light, the height information z (ξ, η) at the coordinates (ξ, η) can be expressed by the following formula (M2).

z(ξ,η)=d1(ξ,η)/2
=[λ1×φ1(ξ,η)/4π]+[m1(ξ,η)×λ1/2] ・・・(M2)
但し、d1(ξ,η)は、第1光に係る計測光と参照光との光路差を表し、m1(ξ,η)は、第1光に係る縞次数を表す。
z (ξ, η) = d 1 (ξ, η) / 2
= [Λ 1 × φ 1 ( ξ, η) / 4π] + [m 1 (ξ, η) × λ 1/2] ··· (M2)
Here, d 1 (ξ, η) represents an optical path difference between the measurement light related to the first light and the reference light, and m 1 (ξ, η) represents a fringe order related to the first light.

よって、位相φ1(ξ,η)は下記式(M2´)で表すことができる。 Therefore, the phase φ 1 (ξ, η) can be expressed by the following formula (M2 ′).

φ1(ξ,η)=(4π/λ1)×z(ξ,η)−2πm1(ξ,η) ・・・(M2´)
同様に、波長λ2の第2光に係る4通りの干渉縞画像の輝度I1(x,y)、I2(x,y)、I3(x,y)、I4(x,y)を基に(上記[数1]参照)、ワークW面上の座標(ξ,η)における第2光に係る計測光の位相φ2(ξ,η)を算出することができる(上記[数9]参照)。
φ 1 (ξ, η) = (4π / λ 1 ) × z (ξ, η) −2πm 1 (ξ, η) (M2 ′)
Similarly, the luminances I 1 (x, y), I 2 (x, y), I 3 (x, y), I 4 (x, y) of the four kinds of interference fringe images related to the second light of wavelength λ 2 ) (See [Expression 1] above), the phase φ 2 (ξ, η) of the measurement light related to the second light at the coordinates (ξ, η) on the workpiece W surface can be calculated (see above [ (See Equation 9]).

第2光に係る計測の下、座標(ξ,η)における高さ情報z(ξ,η)は、下記式(M3)で表すことができる。   Under the measurement of the second light, the height information z (ξ, η) at the coordinates (ξ, η) can be expressed by the following formula (M3).

z(ξ,η)=d2(ξ,η)/2
=[λ2×φ2(ξ,η)/4π]+[m2(ξ,η)×λ2/2] ・・・(M3)
但し、d2(ξ,η)は、第2光に係る計測光と参照光との光路差を表し、m2(ξ,η)は、第2光に係る縞次数を表す。
z (ξ, η) = d 2 (ξ, η) / 2
= [Λ 2 × φ 2 ( ξ, η) / 4π] + [m 2 (ξ, η) × λ 2/2] ··· (M3)
Here, d 2 (ξ, η) represents the optical path difference between the measurement light related to the second light and the reference light, and m 2 (ξ, η) represents the fringe order related to the second light.

よって、位相φ2(ξ,η)は下記式(M3´)で表すことができる。 Therefore, the phase φ 2 (ξ, η) can be expressed by the following formula (M3 ′).

φ2(ξ,η)=(4π/λ2)×z(ξ,η)−2πm2(ξ,η) ・・・(M3´)
ここで、波長λ1の第1光に係る縞次数m1(ξ,η)、及び、波長λ2の第2光に係る縞次数m2(ξ,η)は、2種類の光(波長λ1,λ2)の光路差Δd及び波長差Δλを基に求めることができる。光路差Δd及び波長差Δλは、それぞれ下記式(M4),(M5)のように表すことができる。
φ 2 (ξ, η) = (4π / λ 2 ) × z (ξ, η) −2πm 2 (ξ, η) (M3 ′)
Here, the fringe order m 1 (ξ, η) related to the first light of wavelength λ 1 and the fringe order m 2 (ξ, η) related to the second light of wavelength λ 2 are two types of light (wavelengths). (λ 1 , λ 2 ) can be obtained based on the optical path difference Δd and the wavelength difference Δλ. The optical path difference Δd and the wavelength difference Δλ can be expressed as the following formulas (M4) and (M5), respectively.

Δd=(λ1×φ1−λ2×φ2)/2π ・・・(M4)
Δλ=λ2−λ1 ・・・(M5)
但し、λ2>λ1とする。
Δd = (λ 1 × φ 1 −λ 2 × φ 2 ) / 2π (M4)
Δλ = λ 2 −λ 1 (M5)
However, it is assumed that λ 2 > λ 1 .

尚、2波長の合成波長λ0の計測レンジ内において、縞次数m1,m2の関係は、以下の3つの場合に分けられ、各場合ごとに縞次数m1(ξ,η)、m2(ξ,η)を決定する計算式が異なる。ここで、例えば縞次数m1(ξ,η)を決定する場合について説明する。勿論、縞次数m2(ξ,η)についても、同様の手法により求めることができる。 In the measurement range of the two combined wavelengths λ 0 , the relationship between the fringe orders m 1 and m 2 is divided into the following three cases. For each case, the fringe orders m 1 (ξ, η), m 2 The formula for determining (ξ, η) is different. Here, for example, a case where the fringe order m 1 (ξ, η) is determined will be described. Of course, the fringe order m 2 (ξ, η) can also be obtained by the same method.

例えば「φ1−φ2<−π」の場合には「m1−m2=−1」となり、かかる場合、m1は下記式(M6)のように表すことができる。 For example, in the case of “φ 1 −φ 2 <−π”, “m 1 −m 2 = −1”. In such a case, m 1 can be expressed as the following formula (M6).

1=(Δd/Δλ)−(λ2/Δλ)
=(λ1×φ1−λ2×φ2)/2π(λ2−λ1)−λ2/(λ2−λ1)・・・(M6)
「−π<φ1−φ2<π」の場合には「m1−m2=0」となり、かかる場合、m1は下記式(M7)のように表すことができる。
m 1 = (Δd / Δλ) − (λ 2 / Δλ)
= (Λ 1 × φ 1 −λ 2 × φ 2 ) / 2π (λ 2 −λ 1 ) −λ 2 / (λ 2 −λ 1 ) (M6)
In the case of “−π <φ 1 −φ 2 <π”, “m 1 −m 2 = 0”. In such a case, m 1 can be expressed as the following formula (M7).

1=Δd/Δλ
=(λ1×φ1−λ2×φ2)/2π(λ2−λ1)・・・(M7)
「φ1−φ2>π」の場合には「m1−m2=+1」となり、かかる場合、m1は下記式(M8)のように表すことができる。
m 1 = Δd / Δλ
= (Λ 1 × φ 1 −λ 2 × φ 2 ) / 2π (λ 2 −λ 1 ) (M7)
In the case of “φ 1 −φ 2 > π”, “m 1 −m 2 = + 1”, and in such a case, m 1 can be expressed as the following formula (M8).

1=(Δd/Δλ)+(λ2/Δλ)
=(λ1×φ1−λ2×φ2)/2π(λ2−λ1)+λ2/(λ2−λ1)・・・(M8)
このようにして得られた縞次数m1(ξ,η)又はm2(ξ,η)を基に、上記式(M2),(M3)から高さ情報z(ξ,η)を得ることができる。
m 1 = (Δd / Δλ) + (λ 2 / Δλ)
= (Λ 1 × φ 1 −λ 2 × φ 2 ) / 2π (λ 2 −λ 1 ) + λ 2 / (λ 2 −λ 1 ) (M8)
Obtaining height information z (ξ, η) from the above formulas (M2) and (M3) based on the fringe order m 1 (ξ, η) or m 2 (ξ, η) obtained in this way. Can do.

例えばワークWがウエハ基板100(図8,9参照)でバンプ101が計測対象となっている場合、計測基準面であるパターン部102に対するバンプ101の高さHBは、バンプ101の絶対高さhoから、該バンプ101周辺のパターン部102の絶対高さhrを減算することにより求めることができる〔HB=ho−hr〕。ここで、パターン部102の絶対高さhrとしては、例えばパターン部102上の任意の1点の絶対高さや、パターン部102上の所定範囲の絶対高さの平均値などを用いることができる。また、「バンプ101の絶対高さho」や、「パターン部102の絶対高さhr」は、高さ情報z(ξ,η)として求めることができる。   For example, when the workpiece W is the wafer substrate 100 (see FIGS. 8 and 9) and the bump 101 is the measurement target, the height HB of the bump 101 with respect to the pattern portion 102 that is the measurement reference plane is the absolute height ho of the bump 101. From this, it can be obtained by subtracting the absolute height hr of the pattern portion 102 around the bump 101 [HB = ho−hr]. Here, as the absolute height hr of the pattern unit 102, for example, an absolute height of an arbitrary point on the pattern unit 102, an average value of absolute heights in a predetermined range on the pattern unit 102, or the like can be used. Further, “the absolute height ho of the bump 101” and “the absolute height hr of the pattern portion 102” can be obtained as the height information z (ξ, η).

そして、このように求められたワークWの計測結果(高さ情報)は、制御装置5の演算結果記憶装置55に格納される。   Then, the measurement result (height information) of the workpiece W obtained in this way is stored in the calculation result storage device 55 of the control device 5.

以上詳述したように、本実施形態では、まず最初にワークWの計測領域全体ではなく、計測領域内に予め設定した一部のz位置調査領域Vについてのみ、光軸方向複数位置における複素振幅データを取得し、これを基に焦点の合う最適なワークW(z位置調査領域V)の位置をサーチして決定する。その後、かかる位置におけるワークWの計測領域全体ついての複素振幅データを取得して、該計測領域に係る計測を行う。   As described above in detail, in this embodiment, first, not only the entire measurement area of the workpiece W, but only a part of the z position investigation areas V set in advance in the measurement area, the complex amplitudes at a plurality of positions in the optical axis direction. Data is acquired, and based on this data, the position of the optimum work W (z position investigation region V) that is in focus is searched and determined. Thereafter, complex amplitude data is obtained for the entire measurement area of the workpiece W at such a position, and measurement related to the measurement area is performed.

これにより、計測領域に係る計測を行う上で必要なデータを取得するための処理にかかる負荷を軽減すると共に、該処理に要する時間を短縮することができる。結果として、計測精度の向上を図ると共に、計測効率の向上を図ることができる。   As a result, it is possible to reduce the load required for processing for acquiring data necessary for performing measurement related to the measurement region, and it is possible to reduce the time required for the processing. As a result, measurement accuracy can be improved and measurement efficiency can be improved.

さらに、本実施形態では、ワークW(z位置調査領域V)のz方向位置を特定し、かかる位置における計測領域全体の複素振幅データを取得して計測を行う構成となっているため、単に所定間隔(計測レンジ)ごとに複数通り取得した複素振幅データの中から最適なデータを抽出するだけの構成に比べて、ワークW(z位置調査領域V)に焦点の合ったより最適で精度の良いデータを取得することができる。結果として、さらなる計測精度の向上を図ることができる。   Furthermore, in the present embodiment, the z-direction position of the workpiece W (z position survey area V) is specified, and the complex amplitude data of the entire measurement area at the position is acquired and measured. Compared to a configuration in which optimum data is extracted from complex amplitude data acquired at a plurality of intervals (measurement ranges), more optimal and accurate data focused on the workpiece W (z position survey region V). Can be obtained. As a result, the measurement accuracy can be further improved.

また、本実施形態では、波長λ1の第1光を偏光ビームスプリッタ20の第1面20aから入射させると共に、波長λ2の第2光を偏光ビームスプリッタ20の第2面20bから入射させることにより、第1光に係る参照光及び計測光と、第2光に係る参照光及び計測光がそれぞれ異なる偏光成分(P偏光又はS偏光)に分割されるため、偏光ビームスプリッタ20に入射した第1光と第2光は互いに干渉することなく、別々に偏光ビームスプリッタ20から出射されることとなる。つまり、偏光ビームスプリッタ20から出射される光を所定の分離手段を用いて第1光と第2光とに分離する必要がない。 In the present embodiment, the first light having the wavelength λ 1 is incident from the first surface 20 a of the polarizing beam splitter 20 and the second light having the wavelength λ 2 is incident from the second surface 20 b of the polarizing beam splitter 20. Therefore, the reference light and the measurement light according to the first light and the reference light and the measurement light according to the second light are respectively divided into different polarization components (P-polarized light or S-polarized light). The one light and the second light are separately emitted from the polarization beam splitter 20 without interfering with each other. That is, it is not necessary to separate the light emitted from the polarization beam splitter 20 into the first light and the second light using a predetermined separating means.

その結果、第1光及び第2光として波長の近い2種類の光を用いることができ、三次元計測に係る計測レンジをより広げることができる。加えて、第1光に係る出力光の撮像と、第2光に係る出力光の撮像を同時に行うことができるため、総体的な撮像時間を短縮でき、計測効率の向上を図ることができる。   As a result, two types of light having close wavelengths can be used as the first light and the second light, and the measurement range related to three-dimensional measurement can be further expanded. In addition, the imaging of the output light related to the first light and the imaging of the output light related to the second light can be performed simultaneously, so that the overall imaging time can be shortened and the measurement efficiency can be improved.

尚、上記実施形態の記載内容に限定されず、例えば次のように実施してもよい。勿論、以下において例示しない他の応用例、変更例も当然可能である。   In addition, it is not limited to the description content of the said embodiment, For example, you may implement as follows. Of course, other application examples and modification examples not illustrated below are also possible.

(a)被計測物としてのワークWは、上記実施形態に例示したウエハ基板100に限定されるものではない。例えばクリーム半田が印刷されたプリント基板などをワークW(被計測物)としてもよい。   (A) The workpiece W as an object to be measured is not limited to the wafer substrate 100 exemplified in the above embodiment. For example, a printed circuit board on which cream solder is printed may be used as the workpiece W (object to be measured).

また、予め設定された良否の判定基準に従い、計測対象となるバンプやクリーム半田の良否を検査する検査手段を設けたバンプ検査装置や半田印刷検査装置において、計測装置1を備えた構成としても良い。   Further, a bump inspection apparatus or a solder printing inspection apparatus provided with inspection means for inspecting the quality of a bump or cream solder to be measured according to a predetermined quality determination criterion may be configured to include the measurement device 1. .

(b)上記実施形態では、ワークWの所定の計測領域について特に言及していないが、ワークWの大きさに応じて、ワークW全域を計測領域として設定してもよいし、ワークWの一部を計測領域として設定してもよい。   (B) In the above embodiment, the predetermined measurement area of the workpiece W is not particularly mentioned, but the entire workpiece W may be set as the measurement area according to the size of the workpiece W, or one of the workpieces W may be set. A part may be set as a measurement region.

例えば、上記実施形態においてワークWを設置する設置部24を変位可能に構成し、ワークWの表面を複数の計測領域に分割し、各計測領域を順次移動しつつ各計測領域の形状計測を行っていき、複数回に分けてワークW全体の形状計測を行う構成としてもよい。   For example, in the above-described embodiment, the installation unit 24 on which the workpiece W is installed is configured to be displaceable, the surface of the workpiece W is divided into a plurality of measurement regions, and the shape of each measurement region is measured while sequentially moving each measurement region. The configuration may be such that the shape of the entire workpiece W is measured in multiple steps.

(c)干渉光学系(所定の光学系)の構成は上記実施形態に限定されるものではない。例えば上記実施形態では、干渉光学系として、マイケルソン干渉計の光学構成を採用しているが、これに限らず、例えばマッハ・ツェンダー干渉計やフィゾー干渉計の光学構成など、入射光を参照光と計測光に分割してワークWの計測を行う構成であれば、他の光学構成を採用してもよい。   (C) The configuration of the interference optical system (predetermined optical system) is not limited to the above embodiment. For example, in the above embodiment, the optical configuration of the Michelson interferometer is adopted as the interference optical system. However, the present invention is not limited to this, and incident light such as a Mach-Zehnder interferometer or an optical configuration of a Fizeau interferometer is used as reference light. Other optical configurations may be adopted as long as the workpiece W is measured by being divided into the measurement light.

(d)上記実施形態では、波長の異なる2種類の光を利用してワークWの計測を行う構成となっているが、これに限らず、1種類の光のみを利用してワークWの計測を行う構成としてもよい。   (D) In the above embodiment, the workpiece W is measured using two types of light having different wavelengths. However, the configuration is not limited to this, and the workpiece W is measured using only one type of light. It is good also as composition which performs.

また、波長の異なる2種類の光を利用する場合においては、上記実施形態に係る構成に限らず、従来の計測装置と同様に、第1波長光と第2波長光を合成した状態で干渉光学系へ入射させ、ここから出射される干渉光を所定の光学分離手段(ダイクロイックミラー等)により波長分離し、第1波長光に係る干渉光と、第2波長光に係る干渉光とを得て、各波長光に係る干渉光を個別に撮像した干渉縞画像を基にワークWの計測を行う構成としてもよい。   When two types of light having different wavelengths are used, the interference optical is not limited to the configuration according to the above-described embodiment, but is combined with the first wavelength light and the second wavelength light in the same manner as the conventional measurement apparatus. The interference light emitted from the system is separated by a predetermined optical separation means (such as a dichroic mirror) to obtain interference light related to the first wavelength light and interference light related to the second wavelength light. The workpiece W may be measured based on an interference fringe image obtained by individually capturing the interference light related to each wavelength light.

また、2つの光源から出射される波長の異なる2種類の光を重ね合わせた状態で干渉光学系へ入射させ、ここから出射される光を光学分離手段により波長分離し、上記各波長の光に係る干渉光を個別に撮像する構成を上記実施形態に組み合わせ、波長の異なる3種類以上の光を利用してワークWの計測を行う構成としてもよい。   In addition, two types of light emitted from two light sources having different wavelengths are superimposed on each other and incident on the interference optical system, and the light emitted from the two light sources is wavelength-separated by an optical separation means, and is converted into light of each wavelength described above. A configuration in which such interference light is individually imaged may be combined with the above-described embodiment, and the workpiece W may be measured using three or more types of light having different wavelengths.

(e)投光系2A,2Bの構成は上記実施形態に限定されるものではない。例えば上記実施形態では、第1投光系2Aから波長λ1=1500nmの光が照射され、第2投光系2Bから波長λ2=1503nmの光が照射される構成となっているが、各光の波長はこれに限定されるものではない。但し、計測レンジを広げるためには、2つの光の波長差をより小さくすることが好ましい。 (E) The configuration of the light projecting systems 2A and 2B is not limited to the above embodiment. For example, in the above embodiment, light having a wavelength λ 1 = 1500 nm is irradiated from the first light projecting system 2A, and light having a wavelength λ 2 = 15033 nm is irradiated from the second light projecting system 2B. The wavelength of light is not limited to this. However, in order to widen the measurement range, it is preferable to reduce the wavelength difference between the two lights.

(f)上記実施形態では、第1光及び第2光について、それぞれ位相が90°ずつ異なる4通りの干渉縞画像を取得する構成となっているが、位相シフト回数及び位相シフト量は、これらに限定されるものではない。例えば位相が120°(又は90°)ずつ異なる3通りの干渉縞画像を取得してワークWの計測を行う構成としてもよい。   (F) In the above-described embodiment, four types of interference fringe images having phases different from each other by 90 ° are obtained for the first light and the second light. It is not limited to. For example, a configuration may be adopted in which three types of interference fringe images having different phases by 120 ° (or 90 °) are acquired and the workpiece W is measured.

(g)上記実施形態では、位相シフト手段として、透過軸方向を変更可能に構成された偏光板32A,32Bを採用しているが、位相シフト手段の構成は、これに限定されるものではない。   (G) In the above-described embodiment, the polarizing plates 32A and 32B configured so that the transmission axis direction can be changed are employed as the phase shift unit. However, the configuration of the phase shift unit is not limited to this. .

例えばピエゾ素子等により参照面23を光軸に沿って移動させることで物理的に光路長を変化させる構成を採用してもよい。   For example, a configuration in which the optical path length is physically changed by moving the reference surface 23 along the optical axis by a piezo element or the like may be employed.

但し、かかる構成や上記実施形態では、計測に必要なすべての干渉縞画像を取得するまでに一定時間を要するため、計測時間が長くなるばかりでなく、その空気の揺らぎや振動等の影響を受けるため、計測精度が低下するおそれがある。   However, in such a configuration and the above-described embodiment, since it takes a certain time to acquire all the interference fringe images necessary for the measurement, not only the measurement time is lengthened, but also affected by the fluctuation and vibration of the air. Therefore, there is a possibility that the measurement accuracy is lowered.

これに対し、例えば第1撮像系4Aにおいて、1/4波長板31Aを透過した第1光に係る合成光(参照光成分及び計測光成分)を4つの光に分割する分光手段(プリズム等)を備えると共に、位相シフト手段として、第1偏光板32Aに代えて、前記分光手段から出射された4つの光に対してそれぞれ異なる位相差を付与するフィルタ手段を備え、該フィルタ手段を透過した4つの光を第1カメラ33A(又は複数のカメラ)により同時撮像する構成としてもよい。勿論、第2撮像系4Bについても同様の構成としてもよい。   On the other hand, for example, in the first imaging system 4A, a spectral means (such as a prism) that divides the combined light (reference light component and measurement light component) related to the first light transmitted through the quarter-wave plate 31A into four lights. In addition to the first polarizing plate 32A, as the phase shift means, there are provided filter means for giving different phase differences to the four lights emitted from the spectroscopic means, and transmitted through the filter means 4 A configuration may be adopted in which two lights are simultaneously imaged by the first camera 33A (or a plurality of cameras). Of course, the second imaging system 4B may have the same configuration.

かかる構成とすれば、計測に必要なすべての干渉縞画像を同時に取得することができる。つまり、2種類の光に係る計8通りの干渉縞画像を同時に取得することができる。結果として、計測精度の向上を図ると共に、総体的な撮像時間を大幅に短縮でき、計測効率の飛躍的な向上を図ることができる。   With this configuration, all the interference fringe images necessary for measurement can be acquired simultaneously. That is, a total of eight types of interference fringe images related to two types of light can be acquired simultaneously. As a result, the measurement accuracy can be improved and the overall imaging time can be greatly shortened, and the measurement efficiency can be dramatically improved.

(h)上記実施形態では、z方向におけるワークW(z位置調査領域V)の位置を決定する過程において、高さ計測の計測レンジ間隔で複素振幅データ等を取得する構成となっているが、これに限らず、例えば合焦範囲間隔で複素振幅データ等を取得する構成としてもよい。   (H) In the above embodiment, in the process of determining the position of the workpiece W (z position survey region V) in the z direction, complex amplitude data or the like is obtained at the measurement range interval of the height measurement. For example, the configuration may be such that complex amplitude data or the like is acquired at the focusing range interval.

(i)上記実施形態では、ステップS6において得られた計測領域全体の複素振幅データを基に、ステップS7において三次元計測を行う構成となっている。これに代えて又は加えて、ステップS6において得られた計測領域全体の複素振幅データを基に、計測領域全体の強度画像を取得し、二次元計測を行う構成としてもよい。   (I) In the said embodiment, it becomes the structure which performs three-dimensional measurement in step S7 based on the complex amplitude data of the whole measurement area | region obtained in step S6. Instead of this, or in addition to this, an intensity image of the entire measurement region may be acquired based on the complex amplitude data of the entire measurement region obtained in step S6, and two-dimensional measurement may be performed.

ステップS7において二次元計測のみを行う場合には、その計測結果を基に、例えば計測対象となったバンプ101(図10参照)の位置ズレΔx,Δyや、外径D、面積Sなどを、予め設定した基準値と比較判定し、この比較結果が許容範囲内にあるか否かによって、バンプ101の良否を判定する二次元検査を行うことができる。   When only two-dimensional measurement is performed in step S7, based on the measurement result, for example, the positional deviations Δx and Δy, the outer diameter D, the area S, and the like of the bump 101 (see FIG. 10) to be measured are It is possible to perform a two-dimensional inspection for determining whether the bump 101 is good or not by comparing with a preset reference value and determining whether the comparison result is within an allowable range.

また、ステップS7において二次元計測及び三次元計測の両方を行う場合には、二次元計測(二次元検査)の結果を基にして、計測対象となるバンプ101が存在する場所を特定してから三次元検査を行ったり、三次元計測により得られた三次元データに対し強度画像をマッピングするなど、複数種類の計測を組み合せた総合的な検査を行うことができる。   In addition, when both the two-dimensional measurement and the three-dimensional measurement are performed in step S7, the place where the bump 101 to be measured exists is specified based on the result of the two-dimensional measurement (two-dimensional inspection). It is possible to perform a comprehensive inspection combining a plurality of types of measurement, such as performing a three-dimensional inspection or mapping an intensity image to three-dimensional data obtained by three-dimensional measurement.

(j)上記実施形態においては、レンズを備えたカメラを使用しているが、必ずしもレンズは必要なく、レンズのないカメラを使用しても、上記実施形態によれば、焦点の合った画像を計算により求めることができる。   (J) In the above embodiment, a camera provided with a lens is used. However, a lens is not always necessary, and even if a camera without a lens is used, according to the above embodiment, a focused image is obtained. It can be obtained by calculation.

(k)上記実施形態では、ワークW(z位置調査領域V)のz方向位置を特定し、かかる位置における計測領域全体の複素振幅データを取得して計測を行う構成となっているが、計測領域全体の複素振幅データを取得するz方向位置は、これに限定されるものではない。例えば最も焦点の合う強度画像が得られた位置(z=Lm)における計測領域全体の複素振幅データを取得して計測を行う構成としてもよい。   (K) In the above embodiment, the z-direction position of the workpiece W (z-position survey area V) is specified, and the complex amplitude data of the entire measurement area at the position is acquired and measured. The z-direction position for acquiring the complex amplitude data of the entire region is not limited to this. For example, the measurement may be performed by acquiring complex amplitude data of the entire measurement region at the position (z = Lm) where the most focused intensity image is obtained.

(l)上記実施形態で例示したウエハ基板100では、バンプ101の高さ計測の基準面となるパターン部102をz位置調査領域Vとして設定しているが、必ずしもz位置調査領域Vが基準面となり得る部位である必要はなく、他の部位でもよい。   (L) In the wafer substrate 100 exemplified in the above embodiment, the pattern portion 102 serving as the reference surface for the height measurement of the bump 101 is set as the z position inspection region V, but the z position inspection region V is not necessarily the reference surface. It does not have to be a part that can be, and may be another part.

(m)上記実施形態では、特に言及していないが、z位置調査領域Vが複数箇所に設定された構成としてもよい。z位置調査領域Vが複数あることで、計測領域全体の複素振幅データを取得すべき、より最適な位置を見付けやすくなる。   (M) Although not particularly mentioned in the above embodiment, the z position survey region V may be set at a plurality of locations. Since there are a plurality of z position survey areas V, it becomes easier to find a more optimal position where the complex amplitude data of the entire measurement area should be acquired.

1…計測装置、2A…第1投光系、2B…第2投光系、3…干渉光学系、4A…第1撮像系、4B…第2撮像系、5…制御装置、11A…第1発光部、11B…第2発光部、12A…第1光アイソレータ、12B…第2光アイソレータ、13A…第1無偏光ビームスプリッタ、13B…第2無偏光ビームスプリッタ、20…偏光ビームスプリッタ、20a…第1面、20c…第3面、20b…第2面、20d…第4面、21,22…1/4波長板、23…参照面、24…設置部、31A…1/4波長板、31B…1/4波長板、32A…第1偏光板、32B…第2偏光板、33A…第1カメラ、33B…第2カメラ、33Aa,33Ba…撮像素子、100…ウエハ基板、101…バンプ、102…パターン部、V…z位置調査領域、W…ワーク。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Measuring apparatus, 2A ... 1st light projection system, 2B ... 2nd light projection system, 3 ... Interference optical system, 4A ... 1st imaging system, 4B ... 2nd imaging system, 5 ... Control apparatus, 11A ... 1st Light emitting unit, 11B ... second light emitting unit, 12A ... first optical isolator, 12B ... second optical isolator, 13A ... first non-polarized beam splitter, 13B ... second non-polarized beam splitter, 20 ... polarized beam splitter, 20a ... 1st surface, 20c ... 3rd surface, 20b ... 2nd surface, 20d ... 4th surface, 21, 22 ... 1/4 wavelength plate, 23 ... Reference surface, 24 ... Installation part, 31A ... 1/4 wavelength plate, 31B ... 1/4 wavelength plate, 32A ... first polarizing plate, 32B ... second polarizing plate, 33A ... first camera, 33B ... second camera, 33Aa, 33Ba ... imaging device, 100 ... wafer substrate, 101 ... bump, 102: Pattern portion, V: z position survey area, W: Wa Click.

Claims (7)

入射する所定の光を2つの光に分割し、一方の光を計測光として被計測物に照射可能としかつ他方の光を参照光として参照面に照射可能とすると共に、これらを再び合成して出射可能な所定の光学系と、
前記所定の光学系に対し入射させる所定の光を出射可能な照射手段と、
前記所定の光学系から出射される出力光を撮像可能な撮像手段と、
前記撮像手段により撮像し得られた干渉縞画像を基に前記被計測物の所定の計測領域に係る計測を実行可能な画像処理手段とを備えた計測装置であって、
前記画像処理手段は、
前記撮像手段により撮像し得られた干渉縞画像を基に、前記計測領域内に予め設定した一部の特定領域について、光軸方向所定位置における複素振幅データを少なくとも光軸方向所定範囲内における所定間隔ごとに複数通り取得する第1データ取得手段と、
前記第1データ取得手段により取得された前記特定領域に係る前記所定間隔ごとの複数通りの複素振幅データから前記特定領域に係る前記所定間隔ごとの複数通りの強度画像を取得する画像取得手段と、
前記画像取得手段により取得された前記複数通りの強度画像を基に、光軸方向における所定の位置を決定する位置決定手段と、
前記位置決定手段により決定された位置における複素振幅データを前記計測領域全体について取得する第2データ取得手段と、
前記第2データ取得手段により取得された複素振幅データを基に前記計測領域に係る計測を実行する計測実行手段とを備えていることを特徴とする計測装置。
The incident predetermined light is divided into two lights, one light can be irradiated as a measurement light on the object to be measured, and the other light can be irradiated as a reference light on the reference surface. A predetermined optical system capable of emitting;
Irradiating means capable of emitting predetermined light incident on the predetermined optical system;
Imaging means capable of imaging output light emitted from the predetermined optical system;
An image processing unit comprising: an image processing unit capable of executing a measurement related to a predetermined measurement region of the measurement object based on an interference fringe image obtained by the imaging unit;
The image processing means includes
Based on the interference fringe image obtained by the imaging means, the complex amplitude data at a predetermined position in the optical axis direction is determined at least within a predetermined range in the optical axis direction for a specific area preset in the measurement area. First data acquisition means for acquiring a plurality of data for each interval;
Image acquisition means for acquiring a plurality of intensity images for each predetermined interval relating to the specific area from a plurality of complex amplitude data for the predetermined area relating to the specific area acquired by the first data acquisition means;
Position determining means for determining a predetermined position in the optical axis direction based on the plurality of intensity images acquired by the image acquiring means;
Second data acquisition means for acquiring complex amplitude data at the position determined by the position determination means for the entire measurement region;
A measurement apparatus comprising: a measurement execution unit that executes measurement related to the measurement region based on the complex amplitude data acquired by the second data acquisition unit.
前記位置決定手段は、前記画像取得手段により取得された前記複数通りの強度画像を基に、前記特定領域の光軸方向位置を決定することを特徴とする請求項1に記載の計測装置。   The measurement apparatus according to claim 1, wherein the position determination unit determines a position in the optical axis direction of the specific region based on the plurality of intensity images acquired by the image acquisition unit. 前記特定領域は、前記計測領域に係る光軸方向の計測を行う際に基準となる領域であることを特徴とする請求項2に記載の計測装置。   The measurement device according to claim 2, wherein the specific region is a region serving as a reference when performing measurement in the optical axis direction related to the measurement region. 前記特定領域が複数箇所に設定されていることを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の計測装置。   The measuring device according to claim 1, wherein the specific region is set at a plurality of locations. 前記参照光と前記計測光との間に相対的な位相差を付与する位相シフト手段を備え、
前記画像処理手段は、
前記位相シフト手段により複数通りに位相シフトされた前記出力光を前記撮像手段により撮像し得られた複数通りの干渉縞画像を基に、前記被計測物の所定の計測領域に係る計測を実行可能に構成されていることを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載の計測装置。
Phase shift means for providing a relative phase difference between the reference light and the measurement light;
The image processing means includes
Based on a plurality of interference fringe images obtained by imaging the output light phase-shifted by the phase-shifting means by the imaging means, it is possible to perform measurement related to a predetermined measurement region of the object to be measured. The measuring device according to claim 1, wherein the measuring device is configured as described above.
前記照射手段は、
前記所定の光学系に対し入射させる、第1波長の偏光を含む第1光を出射可能な第1照射手段と、
前記所定の光学系に対し入射させる、第2波長の偏光を含む第2光を出射可能な第2照射手段とを備え、
前記撮像手段は、
前記所定の光学系に対し前記第1光を入射することにより前記所定の光学系から出射される前記第1光に係る出力光を撮像可能な第1撮像手段と、
前記所定の光学系に対し前記第2光を入射することにより前記所定の光学系から出射される前記第2光に係る出力光を撮像可能な第2撮像手段とを備えたことを特徴とする請求項1乃至5のいずれかに記載の計測装置。
The irradiation means includes
First irradiating means capable of emitting first light including polarized light having a first wavelength, which is incident on the predetermined optical system;
A second irradiating means capable of emitting second light including polarized light of a second wavelength that is incident on the predetermined optical system;
The imaging means includes
First imaging means capable of imaging output light related to the first light emitted from the predetermined optical system by making the first light incident on the predetermined optical system;
And second imaging means capable of imaging the output light related to the second light emitted from the predetermined optical system when the second light is incident on the predetermined optical system. The measuring device according to claim 1.
前記被計測物は、バンプが形成されたウエハ基板であることを特徴とする請求項1乃至6のいずれかに記載の計測装置。   7. The measuring apparatus according to claim 1, wherein the object to be measured is a wafer substrate on which bumps are formed.
JP2016163220A 2016-08-24 2016-08-24 Measuring device Active JP6246875B1 (en)

Priority Applications (7)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2016163220A JP6246875B1 (en) 2016-08-24 2016-08-24 Measuring device
PCT/JP2017/015870 WO2018037619A1 (en) 2016-08-24 2017-04-20 Measurement device
DE112017004212.7T DE112017004212T5 (en) 2016-08-24 2017-04-20 measuring device
CN201780050584.5A CN109564089B (en) 2016-08-24 2017-04-20 Measuring device
KR1020197007220A KR102021400B1 (en) 2016-08-24 2017-04-20 Instrumentation
TW106116237A TWI627383B (en) 2016-08-24 2017-05-17 Measuring device
US16/279,297 US10495438B2 (en) 2016-08-24 2019-02-19 Measurement device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2016163220A JP6246875B1 (en) 2016-08-24 2016-08-24 Measuring device

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP6246875B1 true JP6246875B1 (en) 2017-12-13
JP2018031632A JP2018031632A (en) 2018-03-01

Family

ID=60659095

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2016163220A Active JP6246875B1 (en) 2016-08-24 2016-08-24 Measuring device

Country Status (7)

Country Link
US (1) US10495438B2 (en)
JP (1) JP6246875B1 (en)
KR (1) KR102021400B1 (en)
CN (1) CN109564089B (en)
DE (1) DE112017004212T5 (en)
TW (1) TWI627383B (en)
WO (1) WO2018037619A1 (en)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6513619B2 (en) * 2016-09-28 2019-05-15 Ckd株式会社 Three-dimensional measuring device
KR101860347B1 (en) * 2016-11-29 2018-05-23 국방과학연구소 Housing system for michelson interferometer
CN110186388B (en) * 2019-05-13 2021-04-06 天津大学 Synchronous phase shift measurement system and method based on white light interference spectrum
US11561089B2 (en) * 2019-07-04 2023-01-24 Hitachi High-Tech Corporation Three-dimensional shape detection apparatus, three-dimensional shape detection method and plasma processing apparatus
WO2023059618A1 (en) 2021-10-07 2023-04-13 Additive Monitoring Systems, Llc Structured light part quality monitoring for additive manufacturing and methods of use

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003232619A (en) * 2002-02-07 2003-08-22 Ricoh Co Ltd Method and device for measuring kinetic shape
JP2005024432A (en) * 2003-07-03 2005-01-27 Ricoh Co Ltd Method, system and optical element for simultaneously measuring dynamic geometry and dynamic position
US20080137933A1 (en) * 2005-06-29 2008-06-12 University Of South Florida Variable Tomographic Scanning with Wavelength Scanning Digital Interface Holography
JP2010025663A (en) * 2008-07-17 2010-02-04 Nippon Steel Corp Particle size measuring instrument and particle size measuring method

Family Cites Families (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08219722A (en) 1995-02-17 1996-08-30 Tokyo Seimitsu Co Ltd Method and apparatus for measuring bump height
US6002480A (en) * 1997-06-02 1999-12-14 Izatt; Joseph A. Depth-resolved spectroscopic optical coherence tomography
JPH11337321A (en) 1998-05-28 1999-12-10 Mitsutoyo Corp Method and device for simultaneously measuring phase shift interference fringe
JP4782958B2 (en) * 2001-09-21 2011-09-28 株式会社リコー Surface shape measuring apparatus and method, program, and storage medium
JP4277518B2 (en) * 2002-11-29 2009-06-10 旭硝子株式会社 Phase plate and optical information recording / reproducing apparatus
TWI278598B (en) * 2004-12-22 2007-04-11 Univ Electro Communications 3D shape measurement device
GB0502677D0 (en) * 2005-02-09 2005-03-16 Taylor Hobson Ltd Apparatus for and a method of determining a surface characteristic
JP5349739B2 (en) 2005-04-27 2013-11-20 株式会社ミツトヨ Interferometer and interferometer calibration method
DE602006002916D1 (en) * 2005-04-27 2008-11-13 Mitutoyo Corp Interferometer and calibration method for it
JP4885154B2 (en) * 2007-01-31 2012-02-29 国立大学法人東京工業大学 Method for measuring surface shape by multiple wavelengths and apparatus using the same
JP5448353B2 (en) * 2007-05-02 2014-03-19 キヤノン株式会社 Image forming method using optical coherence tomography and optical coherence tomography apparatus
US7821647B2 (en) * 2008-02-21 2010-10-26 Corning Incorporated Apparatus and method for measuring surface topography of an object
JP5602363B2 (en) * 2008-12-26 2014-10-08 キヤノン株式会社 Optical coherence tomography system
JP5882674B2 (en) * 2011-10-24 2016-03-09 キヤノン株式会社 Multi-wavelength interferometer, measuring apparatus and measuring method
CN102589414B (en) * 2012-02-21 2014-08-06 中国科学院西安光学精密机械研究所 Synchronous phase-shifting Fizeau interference device capable of measuring in real time
JP2014092488A (en) 2012-11-05 2014-05-19 Canon Inc Measuring device and measuring method
US9247874B2 (en) 2013-02-01 2016-02-02 Carl Zeiss Meditec, Inc. Systems and methods for sub-aperture based aberration measurement and correction in interferometric imaging
US20150002852A1 (en) * 2013-06-26 2015-01-01 Zygo Corporation Coherence scanning interferometry using phase shifted interferometrty signals
KR101539946B1 (en) * 2013-08-22 2015-07-29 에스엔유 프리시젼 주식회사 Integrated shape measuring apparatus
US10799111B2 (en) * 2014-06-10 2020-10-13 Carl Zeiss Meditec, Inc. Frequency-domain interferometric based imaging systems and methods

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003232619A (en) * 2002-02-07 2003-08-22 Ricoh Co Ltd Method and device for measuring kinetic shape
JP2005024432A (en) * 2003-07-03 2005-01-27 Ricoh Co Ltd Method, system and optical element for simultaneously measuring dynamic geometry and dynamic position
US20080137933A1 (en) * 2005-06-29 2008-06-12 University Of South Florida Variable Tomographic Scanning with Wavelength Scanning Digital Interface Holography
JP2010025663A (en) * 2008-07-17 2010-02-04 Nippon Steel Corp Particle size measuring instrument and particle size measuring method

Also Published As

Publication number Publication date
TWI627383B (en) 2018-06-21
TW201807373A (en) 2018-03-01
CN109564089A (en) 2019-04-02
KR20190038906A (en) 2019-04-09
CN109564089B (en) 2020-09-18
KR102021400B1 (en) 2019-09-16
JP2018031632A (en) 2018-03-01
WO2018037619A1 (en) 2018-03-01
DE112017004212T5 (en) 2019-05-09
US10495438B2 (en) 2019-12-03
US20190178625A1 (en) 2019-06-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6246875B1 (en) Measuring device
JP6271493B2 (en) 3D measuring device
KR102345277B1 (en) 3D measuring device
JP6279013B2 (en) 3D measuring device
JP6513619B2 (en) Three-dimensional measuring device
WO2016190151A1 (en) Three-dimensional measurement device
JP7043555B2 (en) 3D measuring device
JP2017026494A (en) Device for measuring shape using white interferometer
JP7300432B2 (en) Three-dimensional measuring device
JP7442145B2 (en) 3D measuring device
JP2020153992A (en) Shape measurement device by white interferometer

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20170927

A871 Explanation of circumstances concerning accelerated examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A871

Effective date: 20170927

A975 Report on accelerated examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971005

Effective date: 20171005

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20171017

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20171115

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6246875

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150